Forschung

Im Projekt „Implementing Distributed Acoustic Sensing (DAS) for earthquake research“ wird Distributed Acoustic Sensing, kurz DAS, benutzt um Erdbeben und Störungen zu forschen. DAS ermöglicht es, mit hoher Auflösung zu verfolgen, wie sich das Spannungsgefüge in der Umgebung von geologischen Verwerfungen entwickelt und wie geologische Verwerfungen versagen – was die Ursache für Erdbeben ist. Die Beobachtung der Erdkruste in höherer Auflösung wird ein klareres Bild der Verwerfungsprozesse ermöglichen und räumliche Aliasing-Effekte reduzieren. 

Fördert durch die Volkswagen Stiftung

Die Verwendung von Strainraten zur Ableitung von Spannungsbelastungen in tektonischen Umgebungen innerhalb einer Platte kann dazu beitragen, zu bestimmen, wo große, seltene Erdbeben auftreten können. Die von Dr. Gianina Meneses geleiteten Arbeiten zielen darauf ab:

• Schätzung eines kontinuierlichen Strainratenfeldes und einer genauen Karte seiner räumlichen Auflösung, einschließlich lokaler Vermessungsnetze und kontinuierlicher GPS-Messungen in Ostkanada
• Untersuchung der jeweiligen Rolle der spannungsauslösenden Mechanismen, wie tektonische Kräfte im Fernfeld, Gletscherrückprall und strukturelle Vererbung, bei der Kontrolle der Seismizität in den seismischen Zonen West-Quebec (WQSZ), Lower St. Lawrence (LSZ) und Charlevoix (CSZ)
• Quantifizierung der internen Deformation und des Zusammenhangs mit der verlagerten Seismizität, um ein strukturelles Spannungsmodell für die Paleo-Rift-Verwerfungen und eine Meteoriteneinschlagszone zu entwickeln

Die Erdkruste ist von Verwerfungen durchzogen, sowohl an Plattengrenzen als auch im Inneren der Kontinente. Während die Bewegung tektonischer Platten eine Möglichkeit ist, Verwerfungen zu belasten und sie zum Gleiten zu bringen, werden Verwerfungen auch durch andere Arten von Spannungsinteraktionen belastet. So können beispielsweise die vorbeiziehenden Wellen von Erdbeben vorübergehende Spannungsstörungen an benachbarten Verwerfungen in Entfernungen von Metern bis zu Hunderten von Kilometern verursachen. Auch menschliche Aktivitäten im Zusammenhang mit der Energieerzeugung, wie die Injektion und/oder Extraktion von Flüssigkeiten oder Gesteinsmaterialien aus dem Untergrund, können Spannungen stören und Erdbeben auslösen. Die Gruppe "Erdbebenprozesse" erforscht die Entstehung von Erdbeben durch Wechselwirkungen zwischen Erdbeben und Erdbeben (Auslösung) sowie durch anthropogene Stressbelastung.

• Durch Hydraulic Fracturing und Abwasserentsorgung induzierte Seismizität im westkanadischen Sedimentbecken, in den zentralen Vereinigten Staaten und im Rhein-Ruhr-Gebiet
• Ferndynamisch ausgelöste Erdbeben in Westkanada, in der Niederrheinischen Bucht, in Mittelitalien und in anderen Untersuchungsregionen
• Fernauslösung von Erdbeben und tektonischen Erschütterungen im Mittelmeerraum, in Griechenland und in der nordanatolischen Verwerfungszone

Seismometer messen die Bodenbewegung während eines Erdbebens als Funktion der Zeit und erstellen Aufzeichnungen, die Seismogramme genannt werden. Die Seismogramme enthalten Informationen über die Eigenschaften eines Erdbebens, z. B. die Stärke des Bebens und die Spannungsdifferenz vor und nach dem Erdbeben, den statischen Spannungsabfall. Der statische Spannungsabfall kann Aufschluss darüber geben, wie gefährlich eine bestimmte Erdbebenpopulation sein könnte, ist aber für die häufigeren, zahlreichen und kleineren Erdbeben nur schwer zu messen. Ein Teil unserer Arbeit konzentriert sich auf die Messung des statischen Spannungsabfalls, auf die Bestimmung der Einschränkungen bei der Beobachtung des Spannungsabfalls und vor allem auf die Frage, was die räumliche und zeitliche Entwicklung des Spannungsabfalls über die Bruchfestigkeit aussagt. Insbesondere messen wir den Spannungsabfall in einer Vielzahl von Verwerfungen, darunter:

• Schnittstellen in der Subduktionszone und in Verwerfungen der überlagernden Platte
• Zwischenplattenverwerfungen, die mit seismischen Zonen oder Regionen mit induzierter Seismizität im Inneren der Kontinente verbunden sind
• Abschiebung Verwerfungsbedingungen und Regionen mit Backarc-Ausdehnung

Geologische Störungszonen sind große Diskontinuitäten innerhalb eines Gesteinsvolumens, die den Weg der Flüssigkeiten stark beeinflussen. Sie können über den Erfolg oder Misserfolg verschiedener Projekte, einschließlich der geothermischen Energiegewinnung, entscheiden. In diesem Projekt wollen wir das Reservoirpotenzial der devonischen Karbonate in der Region NRW bewerten und ein umfassenderes Verständnis dafür entwickeln, wie Bruchnetzwerke die Fließeigenschaften im Untergrund beeinflussen. Wir wollen insbesondere:

• Kombinieren Sie die Feldstrukturanalyse und die Charakterisierung von Brüchen und Verwerfungen anhand von Scanlinien mit digitalen 3D-Aufschlussmodellen und Bruchanalysen anhand von Drohnenbildern
• Verwendung der Daten aus der Strukturanalyse zur Erstellung eines diskreten 3D-Bruchnetzes (DFN) der Verwerfungszone, um mögliche Permeabilitätsanisotropien und optimale Kanäle für den Flüssigkeitsstrom zu erkennen
• Simulieren Sie die Injektion/Extraktion von Flüssigkeiten mit realistischen hydromechanischen Eigenschaften des Reservoirs in einem Finite-Elemente-Modell (Comsol Multiphysics). Dies hilft bei der Vorhersage von Flüssigkeitsströmungen und Druck-/Spannungsänderungen in einem potenziellen geothermischen Reservoir.