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Seismische Untersuchungen in Nordbayern

2D-seismische Messungen in Franken

Die Region

Das Untersuchungsgebiet in Nordbayern wird etwa von den Städten Haßfurt – Bamberg – Bayreuth – Coburg begrenzt und erstreckt sich über die Regierungsbezirke Ober- und Unterfranken. Die Messlinien verlaufen durch insgesamt sechs Landkreise: Bamberg, Bayreuth, Coburg, Haßberge, Kronach und Lichtenfels. Nicht jede Gemeinde in diesen Landkreisen wird aber von den Messungen tangiert. Dort wo die Seismik verläuft, werden die Kommunen durch ein vom GeoZentrum Nordbayern (GZN) mit der Einholung der Erlaubnisse beauftragtes Unternehmen informiert. Für Fragestellungen zur Seismik steht aber auch die Projektleitung des GZN zur Verfügung.

Zielsetzung der Messungen

Ziel der Seismik ist eine verbesserte Kenntnis von Struktur und Aufbau des Untergrundes im Bereich einer geothermischen Anomalie in Franken. Seit den 1970er Jahren ist durch Bohrungen bekannt, dass die Temperatur im Untergrund Nordbayerns stellenweise stärker ansteigt, als nach dem regionalen Mittelwert zu erwarten wäre. Bei einem normalen geothermischen Gradienten steigt die Temperatur alle 100 m Tiefe um 3,3°C an. 2012 – 2016 durchgeführte Untersuchungen des GeoZentrum Nordbayern zeigen, dass in der Region die Zunahme bis zu 4,8°C/100 m beträgt, also deutlich mehr Energie aus dem Boden strömt, als erwartet.

 

Herauszufinden, was die Ursache dieses hohen Wärmestroms ist, ist das Ziel der seismischen Untersuchungen. Hierbei handelt es sich um eine grundlagenorientierte Forschung. Abgesehen von einzelnen Bohrungen bis maximal 1.600 m Tiefe sowie einer 1989/1990 durchgeführten Seismik (DEKORP-3) liegen über die Region kaum Kenntnisse über den tieferen Untergrund vor. Wir erhoffen uns von den seismischen Messungen auswertbare Daten über den Verlauf von Bruchzonen und den geologischen Aufbau des Untergrundes in einer Tiefe von 3000 – 5000 m.

Ob die Erkenntnisse aus der Seismik später zu einer wirtschaftlichen Nutzung führen können, ist derzeit noch nicht absehbar. Denkbar wäre die Entdeckung neuer geothermischer Potenziale, die wirtschaftlich, bspw. zur Wärmegewinnung genutzt werden können. Eine abschließende Aussage hierzu ist voraussichtlich erst nach Auswertung der Messungen möglich.

 

Geplant sind 2D-seismische Messungen mit einer Länge von insgesamt ca. 200 km in einem Untersuchungsgebiet, das grob durch die Städte Haßfurt – Bayreuth und Bamberg – Coburg umrissenen ist. Die hierfür erforderliche wissenschaftliche Aufsuchungserlaubnis wurde der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg am 01.10.2017 durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie erteilt. Für die Durchführung der seismischen Messungen ist ein Bergrechtlicher Betriebsplan erforderlich, der beim Bergamt Nordbayern an der Regierung von Oberfranken beantragt wurde. Dieses Genehmigungsverfahren beginnt, sobald die naturschutzfachlichen Gutachten für die seismischen Messungen vorliegen. Geplant ist die Messungen zwischen Januar und März 2018 in der vegetationsfeien Periode und außerhalb der Brutzeit der Vögel durchzuführen.

 

Die Messungen dienen wissenschaftlichen Zwecken. Sie sollen ein besseres Verständnis des geologischen Aufbaus des Untergrundes in 1000 m bis ca. 5000 m unter der Erdoberfläche ermöglichen und vor allem dazu beitragen, die Ursachen der in dieser Region identifizierten geothermischen Anomalie zu verstehen. Eine mögliche Ursache für die geothermische Anomalie könnten bspw. tiefreichende Bruchzonen sein, die Aufstiegsbahnen für heiße Wässer darstellen können.

 

Zum Einsatz kommt das Messverfahren der Vibroseismik. Bei dieser Methode werden, ähnlich einer Ultraschalluntersuchung beim Arzt, von der Erdoberfläche aus Schallwellen in den Untergrund geschickt. Diese werden an Gesteinsgrenzen reflektiert. Die Reflexion dieser Wellen wird an der Erdoberfläche durch sog. „Geophone“ aufgezeichnet. Dies sind empfindliche Messgeräte, die in Gruppen mit Kabeln verbunden sind und mit einem ca. 10 cm langen Dorn in den Boden gesteckt werden. Mehrere Geophon-Gruppen werden zu einer Auslage zusammengefasst, die mehrere Kilometer lang ist. Diese Auslage registriert die reflektierten Schallwellen über die gesamte Länge. Aus der Laufzeit der Schallwellen kann mit aufwändigen Verfahren die Tiefe und der Verlauf der Reflexionshorizonte ermittelt werden. Wissenschaftler der FAU werten die seismischen Messungen aus und interpretieren diese.

 

Die Erzeugung der Schallwellen erfolgt ohne Eingriff in den Untergrund. Die Schallwellen werden von Spezialfahrzeuge, sog. Vibratoren, mit einer Rüttelplatte erzeugt. Dieses Verfahren wurde entwickelt, um auch in bebauten Gebieten seismische Messungen durchführen zu können. Hierbei kommen drei Vibrationsfahrzeuge zum Einsatz. Die Vibrationsfahrzeuge bewegen sich ähnlich einer Wanderbaustelle entlang einer Messlinie auf Wegen und Straßen. An festgelegten Vibrationspunkten wird die Rüttelplatte auf den Boden abgesenkt und erzeugt in einem definierten Frequenzspektrum zwischen 8 und 100 Hertz Schwingungen. Ein solcher „Sweep“ dauert etwa 20 Sekunden und wird mehrmals (ca. zwei- bis achtfach je Messpunkt) wiederholt. Die Frequenz des Anregungssignals ändert sich dabei so schnell, dass keine Resonanzerscheinungen auftreten. Eine Gefährdung von Gebäuden und Versorgungsleitungen besteht daher nicht. Bei den Arbeiten wird die DIN 4150 (Erschütterungen im Bauwesen und Einwirken auf bauliche Anlagen) eingehalten.

 

Nach Abschluss einer Messung fahren die Vibratorfahrzeuge weiter zum nächsten Messpunkt. Die Entfernung zwischen den einzelnen Messpunkten beträgt ca. 100 Meter. Pro Stunde werden zwischen 10 – 15 Messpunkte gemessen. Die Genehmigungen zur Benutzung der Wege und Grundstücke werden vor Ort durch ein hierzu beauftragtes Fachunternehmen eingeholt. Dieses Unternehmen begleitet die Messungen und ist auch Ansprechpartner bei evtl. auftretenden Schäden, wie bspw. an Wegen. Berechtigte Ansprüchen werden durch den Auftraggeber der Messungen, die Universität Erlangen-Nürnberg, ausgeglichen.

 

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