AGW - Strukturgeologie

Floodrisk - Fracture analysis

  • Ansprechpartner:

    Rainer Babiel

  • Projektgruppe:

    Prof. Dr. Christoph Hilgers

  • Förderung:

    BMBF

  • Starttermin:

    04/2020

  • Endtermin:

    09/2020

In diesem interdisziplinären Projekt werden im Verbund mit Industriepartnern sowie Geodäten, Geomechanikern, Geophysikern und Geologen mögliche, auf den Grubenwasseranstieg zurückzuführende, Gefährdungen für ausgewählte deutsche Steinkohlereviere untersucht. Dabei liegt der Fokus auf heterogenen Bodenhebungen, Spannungsänderungen durch die Änderung des Porendrucks durch den Grubenwasseranstieg und dem Reaktivierungspotenzial von Störungen. Die Steinkohlereviere gehören zu den am besten dokumentierten Gebieten weltweit. Das sukzessive Ende des Steinkohlebergbaus in den unterschiedlichen Revieren Deutschlands bis 2018 zeigt verschiedene Stadien des Grubenwasseranstiegs mit einhergehender, heterogener Bodenhebung und induzierter Seismizität. Ursache ist ein erhöhter Porendruck im poroelastischen Gesteinskörper, welcher auf eine abbaubedingte Spannungsverteilung trifft. Des Weiteren führt die Flutung zu einer sich verändernden Festigkeit von Störungsletten und Masseunterschieden in Reservoir-Kompartimenten, die zu induzierter Seismizität führen können. Damit können sowohl alle relevanten physiko-chemischen Parameter, die zu Gefährdungen führen, als auch die zeitliche Entwicklung durch das unterschiedliche Ende des Steinkohleabbaus in einem großskaligen Experiment genutzt werden. Weil die Trennung induzierter und tektonischer Seismizität in seismisch aktiven Gebieten erschwert ist (Slo 2016), werden in dem Projekt das Saar- und Ruhr Revier betrachtet, die beide als tektonisch passive Gebiete beschrieben werden. Veränderungen der Grubenwasserhaltung finden im Saar-Revier bereits seit 2013 statt, während im Ruhrgebiet erste Maßnahmen für 2019 geplant sind. Im Jahr 2015 wurde fluidinduzierte Seismizität mit Magnituden bis 2.7 im Saar-Revier gemessen.

Ziel ist ein vertieftes Prozessverständnis durch die geomechanische Kopplung von geodätischen Oberflächendeformationen mit Spannungsänderungen im Untergrund durch den Grubenwasseranstieg, um Bergschäden und induzierte Seismizität in kritischen Bereichen abschätzen zu können. Die Ermittlung von potentiell isolierten Kompartimenten im Untergrund soll zu Abschätzungen führen, ob für zukünftige Flutungskonzepte unterschiedliche Hebungsraten und eine ableitbare Reduzierung der Ewigkeitslasten möglich sind. Mit preiswerten Sensoren zur Messung der physikalischen Größen und die neuartige Kopplung mit der simultanen Messung von Gasaustritten werden kostengünstige Methoden zur Detektion von seismischen Events getestet, die dann als Frühwarnsystem dienen können. Dies wird unterstützt durch automatische Detektions- und Lokalisierungsalgorithmen.

Die Ergebnisse können auf Handlungsmaßnahmen für zukünftige Flutungsmaßnahmen im Bergbau übertragen werden. Dabei ist der Forschungsansatz der Kopplung unterschiedlicher, durch Strukturen abgetrennter Kompartimente mit den beobachteten Einflüssen auf die Bodenhebung und assoziierte Mikroseismizität neuartig und ermöglicht eine Evaluierung unterschiedlich gesteuerter Grundwasseranstiege für die einzelnen Kompartimente zur Verminderung des Gefährungspotenzials durch induzierte Seismizität