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Erdbeben nahe einer Geothermiebohrung in Südkorea

Lokalitäten relevanter seismischer Ereignisse in der Region (Abbildung: ETH Zürich/SED/GFZ).
Lokalitäten relevanter seismischer Ereignisse in der Region (Abbildung: ETH Zürich/SED/GFZ).

Am 15. November 2017 erschütterte ein Erdbeben die südkoreanische Stadt Pohang. Es hatte eine Magnitude von 5,5. In einer aktuellen Studie geht ein Team von Forscherinnen und Forschern der Frage nach, wie dieses Beben zu charakterisieren ist und ob es einen Zusammenhang zwischen dem Beben und der nahegelegenen Geothermiebohrung geben könnte. An dieser Arbeit, die im Fachjournal Science veröffentlicht wurde, sind auch Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ beteiligt.

Bei dem Geothermie-Projekt Pohang handelt es sich um ein so genanntes Enhanced Geothermal System (EGS), bei dem Wasser unter hohem Druck über tiefe Bohrlöcher in den Untergrund injiziert wird. Man spricht auch von „hydraulischer Stimulierung“. Der Studie zufolge ist ein Zusammenhang zwischen den Injektionen und dem Beben aufgrund der örtlichen Nähe möglich. Zugleich betont das Autorenteam, dass es ein Jahr zuvor ein ähnlich starkes Beben in 38 Kilometern Entfernung von der Bohrung in einer anderen geologischen Störung gegeben habe. Daher seien weitere Untersuchungen nötig, um mögliche Verbindungen besser zu verstehen.

Die aktuelle Studie kombiniert seismologische und geodätische Analysen und kommt zu dem Ergebnis, dass der Bebenherd in einer geologischen Bruchzone rund einen Kilometer entfernt von dem EGS-Standort lag. Der Ursprung des Erdbebens korrespondiere mit einer Aufschiebung an der komplexen Bruchzone in 4,5 Kilometern Tiefe. Torsten Dahm, Leiter der GFZ-Sektion Erdbeben- und Vulkanphysik und Ko-Autor der Studie, sagt: „Wenn man die räumliche Nähe betrachtet, ist es durchaus möglich, dass das Erdbeben durch menschliche Aktivitäten ausgelöst wurde. Um nun mehr darüber herauszufinden, wie hoch die Wahrscheinlichkeit dafür ist, werden wir in einem nächsten Schritt hydromechanische Modelle und Simulationen, die auf geophysikalischen Grundlagen basieren, kombinieren.

Inwiefern menschliche Aktivitäten eine Rolle gespielt haben könnten, ist bisher unklar. Im August 2017 haben die Wissenschaftler des internationalen DESTRESS-Projekts (Demonstration of soft stimulation treatments of geothermal reservoirs), eine so genannte sanfte Stimulation in Pohang durchgeführt. Ein besonderes Element darin ist, dass bereits nach schwächeren seismischen Ereignissen die Stimulierung gestoppt und das injizierte Wasser vollständig zurückgefördert wird. „Diese Technologie wurde im Rahmen von DESTRESS entwickelt, um größere seismische Ereignisse zu vermeiden. Die Wirksamkeit wurde in Pohang bei einem Vergleich mit weiteren konventionellen Stimulationen gezeigt“, sagt Ernst Huenges, der am GFZ die Sektion Geothermische Energiesysteme und das internationale DESTRESS-Projekt leitet, an der aktuellen Studie in Science jedoch nicht beteiligt ist. „Unsere Stimulation, bei der verhältnismäßig wenig Wasser verwendet wurde, löste keine Erschütterung größer als Magnitude 2 aus. Dieser Wert wurde bei den konventionell durchgeführten Stimulationen, die nicht im Rahmen von DESTRESS am gleichen Standort stattfanden, deutlich überschritten“. Die letzte konventionelle Stimulation, vorgenommen durch den kommerziellen Betreiber der Anlage, endete am 18. September 2017, zwei Monate vor dem Pohang-Beben.

Anders als in der Science-Publikation unterscheiden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bei DESTRESS bei seismischen Ereignissen, die auf menschliche Aktivitäten zurückgeführt werden, zwischen „induziert“ und „getriggert“. Getriggert sind diejenigen, bei denen ein relativ kleiner Eingriff eine bereits vorgespannte geologische Störung brechen lässt. Ähnlich dem sprichwörtlichen Tropfen, der ein Fass zum Überlaufen bringt. Induziert wären demnach jene, bei denen ausschließlich die eingesetzte Energie der Stimulation das Beben mit seinen Wirkungen verursacht. Induziert in diesem Sinne kann für das Pohang-Ereignis ausgeschlossen werden. „Auch für das DESTRESS-Konsortium ist es eine drängende Frage, aufzuklären, ob es einen Zusammenhang zwischen dem Geothermiestandort und dem Erdbeben vom 15. November 2017 gibt“, ergänzt Huenges. „Deshalb führen wir zurzeit in einer europäisch-koreanischen Kooperation relevante geometrische, hydraulische und seismische Daten zusammen, um ein physikalisch basiertes Verständnis der Vorgänge zu entwickeln. Damit wird eine Basis für verlässliche Risikoabschätzungen vor zukünftigen Stimulationen gebildet.

Originalstudie: Grigoli, F., Cesca, S., Rinaldi, A.P., Manconi, A., López-Comino, J.A., Clinton, J.F., Westaway, R., Cauzzi, C., Dahm, T., Wiemer, S., 2018. The November 2017 Mw 5.5 Pohang earthquake: A possible case of induced seismicity in South Korea. Science . DOI: 10.1126/science.aat2010

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