Microseismicity and Acoustic Emission in Deep Gold Mine in South Africa JAGUARS

The study of faulting and rupture processes requires direct observations. In the Earth crust deep mines provide a unique opportunity for this purpose by giving access to the focal depth of earthquakes. To investigate the physics of earthquakes and link laboratory and seismological observations, the JAGUARS (Japanese-German Acoustic Emission Research in South Africa) Working Group was established. The JAGUARS project continuously monitors microseismic activity at 3.5km depth in Mponeng gold mine, Republic of South Africa.

The deep gold mine is a unique natural laboratory to study kinematic and dynamic properties both of source and propagation of seismic events, fault properties as well as stress conditions. The seismic monitoring can provide direct observations of local instabilities in the rock mass induced by mine excavations and in existing geological structures such as dyke contacts or natural faults.

JAGUARS’ network is located 90m below the gold reef, where intensive mining is performed next to the pink dyke which is a major local geologic feature. The major components of the network are currently 8 acoustic emission sensors (denoted AE, see figure), one three-component accelerometer (ACC-36) and two strainmeters. The sampling frequency of the acquisition system is 500 kHz and the total frequency range recorded is between 50Hz and 200 000Hz. The whole system works in triggering mode.

In the time period end of May 2007 and beginning of April, 2008 almost 300,000 events were successfully recorded from which more then 84000 were automatically located by the systems software. In general, high frequency events (>40 kHz) are recorded from distances up to 50m from the network. Events with frequencies below 40kHz are recorded from distances up to 400m. The analysis of events recorded is on-going.

In future larger scale measurements are also planned within the NELSAM-project at TauTona-Mine.

Seismic network used in JAGUARS project at Mponeng Mine, South Africa at -3540m depth sensitive for frequencies up to 200kHz
Seismic network used in JAGUARS project at Mponeng Mine, South Africa at -3540m depth sensitive for frequencies up to 200kHz
(GFZ)

Mikroseismizität und Akustische Emission in ultra-tiefer Goldmine in Südafrika JAGUARS

Beobachtungen sind notwendig um Bruchprozesse zu studieren. In der Erdkruste bieten uns Minen die einmalige Möglichkeit Erdbeben vor Ort nahe ihrer Quelle zu beobachten und so neue Rückschlüsse über ihre physikalischen Gesetze zu ziehen. Seit Mai 2007 misst das JAGUARS-Projekt, eine Kooperation des GFZs mit japanischen Universitäten, kontinuierlich die mikro-seismische Aktivität in 3,5 km Tiefe in der Mponeng-Goldmine in Südafrika. Das hochsensible Netzwerk ist dabei erstmalig in der Lage seismische Aktivität in einem Frequenzbereich von 50 bis 200 000 Hz wahrzunehmen und damit Mikrobeben mit Magnituden M=-5 bis 0.5. Die Messung von Mikrobeben ist besonders interessant, weil diese mit Laborexperimenten und tektonischen Beben verglichen werden können.

Hauptkomponenten des Netzwerkes sind 8 Sensoren für akustische Emission (AE-Sensoren), ein 3-Komponenten-Beschleunigungsaufnehmer und zwei Strainmeter. Von Mai 2007 bis März 2008 wurden nahezu 300 000 Mikrobeben registriert. Die Analyse dieser Beben wird insbesondere Aufschluss darüber geben, ob kleine durch Bergbau induzierte Beben den gleichen Gesetzmäßigkeiten folgen wie tektonische Beben oder Bruchexperimente im Labor und welche physikalischen Prozesse im Bebenherd ablaufen.

Details zum Aufbau des Netzwerkes in der englischen Version.