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Anatomie einer Erdbebenserie

Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

Studie zu Erdbeben nach Injektion von Gas in ehemaliges Ölfeld: Die Seismizität in der Castor-Gaslagerstätte vor der Küste Ostspaniens wurde durch Porendruckdiffusion und das Versagen vorgespannter Bereiche auf einer geologischen Störung in geringer Tiefe kontrolliert.

Ein internationales Team unter der Leitung von Wissenschaftlern des Helmholtz-Zentrums Potsdam Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ hat in Zusammenarbeit mit Kolleginnen und Kollegen spanischer, italienischer und US-amerikanischer Institutionen eine neue wissenschaftliche Arbeit zur induzierten Seismizität in Europa in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Die Studie konzentriert sich auf die Sequenz von Erdbeben von 2013 an der Castor-Plattform eines ehemaligen Ölfeldes, etwa 20 km vor der Küste von Valencia, Spanien. Während der Anfangsphase der Entwicklung eines Gasspeichers in dem ehemaligen Ölfeld kam es nach der Injektion von Gas in die entleerten Schichten des Reservoirs zu Tausenden von Erdbeben mit Magnituden unter 4,1. Während ähnliche Gasspeicheroperationen weltweit in der Regel keine wesentliche Seismizität auslösen, bleibt die Castor-Sequenz bis heute der bedeutendste Fall von Erdbeben in Zusammenhang mit dieser Art von industriellen Operationen in Europa.

Die neue Studie wendet eine Kombination von neuesten Analysetechniken auf einen erweiterten Datensatz von Seismogrammen an, um den nach wie vor umstrittenen verursachenden Prozess und die Geometrie der aktivierten Störungszonen besser zu verstehen. Störungs- oder Schwächezonen bezeichnen Risse im Gestein oder Zonen, die anfällig für Risse und größere Brüche, so genannte Verwerfungen, sind.

“Mit unserer Analyse haben wir etwa 3.500 Erdbeben zwischen September und Anfang Oktober 2013 in geringer Tiefe in der Nähe der Castor-Injektionsplattform identifiziert”, sagt Dr. Simone Cesca, der Projektleiter der Studie. “Wir erkannten zum ersten Mal drei Prozessphasen auf einer sekundären Schwächezone dicht unterhalb der Lagerstätte. Die erste Phase von Anfang bis Mitte September war durch schwache Seismizität gekennzeichnet, die in ihrer Stärke jedoch allmählich zunahm. Der Stopp der Injektion nach den ersten Beben markiert den Beginn einer zweiten Phase, die bis Ende September andauerte und in der die Erdbeben langsam zusammen mit den Porendruckveränderungen im Reservoir nach Südwesten wanderten. In der dritten Phase, die bis Anfang Oktober andauerte, kam es zu einer schnellen, rückwärts gerichteten Wanderung der Seismizität, wobei alle größten Erdbeben als Bruch der in Phase 1 und 2 bisher ungebrochenen Zonen auf der Störungszone erkannt wurden.”

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Die wegweisende Studie zeigt, dass ein detaillierter Blick auf die Dynamik kleiner Erdbeben auch in Ermangelung eines dichten, lokalen Messnetzes möglich ist. Die Erkenntnisse sind auch vor dem Hintergrund wichtig, dass das Castor-Projekt nach dem Auftreten der Erdbeben aufgegeben wurde und die Frage der Vorhersehbarkeit der Risiken und der Verantwortung für derartige Ereignisse in Industrie und Öffentlichkeit umstritten ist. (Nature Communications, 2021; doi: 10.1038/s41467-021-24949-1)

Quelle: Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

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