Seismisch

Beim traditionellen Fracking wurden mehrere Millionen "Fracked" -Zonen geschaffen, in denen Öl und Gas gefördert werden, und natürlich sind unerwünschte Ereignisse aufgetreten, bei denen seismische Bewegungen sowohl Schäden an Gebäuden als auch Grundwasserverschmutzung verursacht haben.

Das Erzeugen und Verbreitern von Rissen wird seit der Antike verwendet. Ab der Mitte des 19. Jahrhunderts wurden Nitroglycerin und dann Dynamit verwendet, um Zugang zu Öl oder Gas zu erhalten.

Es wurden auch nukleare Ladungen verwendet, aber die Ergebnisse entsprachen nicht den Erwartungen, als die hohen Temperaturen dazu führten, dass das Gestein zu Glas wurde. In Schweden wird täglich eine Form von Cracking verwendet, wenn Wasserbrunnen "unter hohen Druck gesetzt" werden, um einen besseren Wasserfluss zu erzielen. Die Methode ist im maßgeblichen Dokument "Normbrunn - 16 Guidance for Boring Well" beschrieben, das von Schwedens geologischer Untersuchung veröffentlicht wurde.

Das Konzept der seismischen Ereignisse wird von vielen als beängstigend empfunden, und dafür gibt es sicherlich eine Rechtfertigung. Schwere Erdbeben haben enorme Schäden und viele Todesfälle verursacht.

Die oberste Schicht der Erde ist in mehrere Platten unterteilt, die sich ständig relativ zueinander bewegen. Diese Schicht wird als Lithosphäre bezeichnet, und die Platten gleiten herum, stossen und reiben aneinander. In den Grenzen zwischen den Platten gibt es große Fehler oder Scherzonen in der Erdkruste.

Die Reibung in den Zonen macht die Bewegungen alles andere als glatt. Stattdessen sind die Bewegungen der Erdkruste niemals glatt, sondern werden als plötzlich empfunden, und oft können ihre Auswirkungen schwerwiegend sein.

Die seismischen Ereignisse treten auf, wenn sich die natürliche Spannung im Grundgestein ändert. Die größte Spannung ist diejenige, die horizontal und seitwärts verläuft, nicht wie man vertikal denken könnte, dh von oben nach unten.

In Schweden treten häufig seismische Ereignisse oder Erdbeben auf. Das schwedische nationale seismische Netzwerk SNSN verzeichnet in Schweden durchschnittlich ein bis zwei Erdbeben pro Tag. In den letzten zehn Jahren hatten wir durchschnittlich 17 Erdbeben pro Jahr mit einer Stärke von 2 oder mehr, 5 Erdbeben pro Jahr mit einer Stärke von 2,5 oder mehr und 1 bis 2 Erdbeben pro Jahr mit einer Stärke von 3 oder mehr. Das größte Erdbeben der letzten zehn Jahre ereignete sich am 15. September 2014 südlich von Lillhärdal im südlichsten Jämtland und hatte eine Stärke von 4,1.

Das Bild oben zeigt die Registrierung eines Stimulus während eines schweren Erdbebens in Japan. Niemand konnte sagen, dass sie das größere Erdbeben fühlten.

Lokale Erdbeben treten zum Beispiel beim Sprengen auf Baustellen auf und selbst wenn ein voll beladener LKW über eine Unebenheit auf der Straße fährt oder ein Zug über eine Verbindungsstelle in der Strecke fährt.

Das obige Bild zeigt die Abfahrten von vorbeifahrenden Zügen zur gleichen Zeit, als die seismischen Ereignisse von der Stimulation aufgezeichnet wurden. Um die Stärke von Erdbeben anzuzeigen, wird die Richterskala verwendet. Hierbei handelt es sich um eine logarithmische Skala, bei der jeder Schritt oder jede Größe einer 10-fachen Erhöhung der Wellenhöhe oder einem Schütteln entspricht. Dies entspricht etwa 32-mal mehr Energie. Ein Erdbeben von 3 - 4 ist kaum wahrnehmbar, während eines von 8 oder mehr Städten zerstören kann. Erdbeben von etwa 8,0 treten durchschnittlich einmal im Jahr auf, während noch größere Erdbeben seltener auftreten.

Bei unseren Methoden verwenden wir Drücke, die geringer sind als die Gesteinsspannung, und achten außerdem darauf, dass keine größeren Risszonen eingepumpt werden.

Dies soll der Regel folgen, keine größeren Risse - keine größeren seismischen Ereignisse.

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Erdbeben

Dieser Begriff wird verwendet, um sowohl einen plötzlichen Erdrutsch in einem Riss als auch das daraus resultierende Zittern im Boden und die Emission seismischer Energie zu beschreiben, die durch Erdrutsche oder vulkanische oder magmatische Aktivitäten oder andere plötzliche Spannungsänderungen in der Erde verursacht wird (USGS-Definition). Nach der Definition von Merriam-Webster ist ein Erdbeben ein Zittern oder Erdbeben mit vulkanischem oder tektonischem Ursprung ().

Seismische Wellen

Wenn ein Erdbeben auftritt, setzt es Energie in Form von seismischen Wellen frei, die vom Erdbeben in alle Richtungen ausgehen. Die verschiedenen Arten von Energiewellen erschüttern die Erde auf unterschiedliche Weise und sie bewegen sich auch mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch die Erde. Die schnellste Welle und damit die erste, die kommt, wird P-Welle genannt. Die P-Welle oder Kompressionswelle komprimiert und expandiert das Material abwechselnd in die gleiche Richtung, in die es sich bewegt. Die S-Welle ist langsamer als die P-Welle und kommt nach der P-Welle an und schüttelt den Boden senkrecht zur Fahrtrichtung auf und ab und hin und her. Die Oberflächenwellen folgen den P- und S-Wellen.

Seismisches Ereignis

Ein seismisches Ereignis ist ein Oberbegriff für Ereignisse, bei denen Energie in der Erdkruste freigesetzt wird, was zu einer Reihe von seismischen Wellen führt. Da ein Erdbeben für den einfachen Menschen ein Schütteln der Erde beinhaltet, das von Menschen oder Tieren empfunden wird, wird der Begriff seismisches Ereignis oder mikroseismisches Ereignis häufig von Geowissenschaftlern verwendet, wenn sie mit der Öffentlichkeit über kleinere Erdbeben und Mikroerdbeben kommunizieren. Viele seismische Ereignisse sind zu klein, um gefühlt zu werden, und können nur mit Präzisionsinstrumenten gemessen werden.

MMIMaximale Bodenbeschleunigung (g)Maximale Fahrgeschwindigkeit (cm / s)Wahrgenommenes ZitternVerletzungsgefahr
IM<0,0017<0,1Fühlt sich nicht anNein
II bis III0,0017 - 0,0140,1 - 1,1Sehr schwachNein
IV0,014 - 0,0391.1 - 3.4SchwachNein
V.0,039 - 0,0923.4 - 8.1DurchschnittlichSehr klein
WIR0,092 - 0,188.1 - 16StarkKlein
VII0,18 - 0,3416 - 31Sehr starkDurchschnittlich
VIII0,34-0,6531-60SchwerMittel für das Schwierige

Erdbebengröße und -verteilung

Es ist seit langem bekannt, dass kleine Erdbeben viel häufiger sind als große Erdbeben. Diese Beziehung kann mit einer Formel ausgedrückt werden, die als Gutenberg-Richter-Beziehung bezeichnet wird:

log (N) = a - bM

Dabei ist N die Anzahl der Ereignisse mit einer Größe größer oder gleich M und a und b sind Parameter, die zu den Daten passen. Der Parameter b, der als b-Wert bezeichnet wird, liegt normalerweise nahe bei eins, was bedeutet, dass es bei jeder logarithmischen Abnahme der Stärke etwa zehnmal so viele Erdbeben gibt. Die meisten durch EGS-Stimulation verursachten Erdbeben haben eine Stärke von weniger als 2,0. Es wird geschätzt, dass es weltweit über 36.000 Veranstaltungen dieser Größenordnung pro Tag gibt.  

Scherschlupf

Gleiten ist die relative Verschiebung zuvor benachbarter Punkte auf gegenüberliegenden Seiten eines Risses, gemessen an der Rissoberfläche. Scherschlupf kann seismisch oder aseismisch auftreten (ohne seismische Wellen zu erzeugen).

Seismometer und Seismogramm

Ein Seismometer ist ein Instrument zur Aufzeichnung von durch Erdbeben erzeugten seismischen Wellen in einem Seismogramm.  

Nachfolgend ist die Anzahl der Erdbeben in der Welt nach Stärke angegeben.

KlasseGrößeDurchschnitt pro JahrDurchschnitt pro Tag
Groß8 und höher1
Haupt7-7,915
Stark6-6,9134
Durchschnittlich5-5,91 3194
Einfach4-4,913.000 (geschätzt)36
Weniger3-3,9130.000 (geschätzt)360
Sehr klein2-2,91.300.000 (geschätzt)3 600
Mikro1-1,913.000.000 (geschätzt)36 000

Mikroseismisches Netzwerk

Viele Seismometer sind in Netzwerken oder Matrizen installiert, die über den interessierenden Bereich verteilt sind, um seismische Ereignisse in der Region zu lokalisieren. Um den Ort seismischer Ereignisse zu bestimmen, identifizieren Seismologen die Ankunftszeiten von P- und S-Wellen in den Seismogrammen aller Instrumente, die die seismischen Wellen aufgezeichnet haben. Diese Ankunftszeiten werden oft als P-Picks und S-Picks bezeichnet. Theoretisch können 3 P-Picks und 3 S-Picks verwendet werden, um den Ort eines seismischen Ereignisses zu triangulieren. In der Praxis bieten 5 P-Picks und 2 S-Picks eine akzeptable Standortgenauigkeit auf einer mikroseismischen Matrix wie der unten beschriebenen, und 7 P-Picks und 3 S-Picks bieten eine gute Standortgenauigkeit (Gillian Foulger, persönliche Mitteilung).

Hypozentrum und Epizentrum

Hypozentrum ist der Punkt auf der Erde, an dem das Erdbeben beginnt. Das Epizentrum ist der Punkt direkt über dem Hypozentrum der Erdoberfläche.

Größe

Die Stärke eines Erdbebens wird aus dem Logarithmus durch die Amplitude der Wellen bestimmt, die in einem bestimmten Zeitraum auf einem Seismogramm aufgezeichnet wurden. Die ursprüngliche Magnitudenskala war die Richterskala, die allgemein als M bezeichnet wirdL..

Drehmoment und Drehmomentgröße

Das Drehmoment ist eine physikalische Größe, die proportional zum Schlupf in einem Riss mal der Oberfläche der Rissoberfläche ist, die gleitet. Es hängt mit der Gesamtenergie zusammen, die bei dem seismischen Ereignis freigesetzt wird, und wird als Mo bezeichnet. Der Moment kann aus Seismogrammen geschätzt werden. Der Moment wird dann mit einer Standardformel in eine Zahl umgewandelt, die anderen Erdbebengrößen ähnlich ist. Das Ergebnis heißt Drehmomentgröße (M.W.). Die Drehmomentgröße gibt eine Schätzung der Erdbebengröße an, die für die gesamte Magnitudenskala gilt, eine Eigenschaft, die in früheren Skalen wie der Richterskala fehlte. Daher bevorzugen Seismologen jetzt die Drehmomentgröße als Skala, und es ist üblich, nur die Größe und M zu verwenden, um sich auf die Drehmomentgröße zu beziehen.

Vergleich der freigesetzten Energie

Die Formel für die Beziehung der Drehmomentgröße (Mw) zum Drehmoment (Mo) in Bettdeckenzentimetern (Dyn-cm):

M.W. = log10 (Mo) / 1,5 - 10,7

Ein Dünen-cm entspricht 1 × 10-7 Newtonmeter.

In der Praxis zeigt dies, dass sich mit jeder Erhöhung der Drehmomentgröße die gesamte seismische Energie um das 31,6-fache erhöht (in der Formel genauer 10) 1,5). Dies bedeutet, dass ein Ereignis mit M 3.5 die gleiche Energiemenge freisetzt wie ungefähr zweiunddreißig Ereignisse mit M 2.5 und ein Erdbeben mit Stärke 6 ungefähr 32-mal mehr Energie freisetzt als eine Stärke 5 (und eine Stärke 7 folglich ca. 1000-mal mehr Energie als eine mit der Stärke 5).

Die Richterskala und die derzeit verwendete Moment-Magnituden-Skala sind ein Maß für die Stärke und Stärke von Erdbeben. Die Skala ist logarithmisch und eine Erhöhung der Größe um eine Einheit bedeutet eine 10-fache Erhöhung der Festigkeit. Beispielsweise ist ein Erdbeben der Stärke 6 zehnmal stärker als ein Erdbeben der Stärke 5. Darüber hinaus ist ein Erdbeben der Stärke 7 100-mal stärker als ein Erdbeben der Stärke 5. 

Intensität

Die subjektive Skala, die die beobachteten Auswirkungen des Erdbebens auf Gebäude und die Natur misst, ist normalerweise die "Modified Mercalli Intensity Scale" (MMI). Es handelt sich um eine 12-Punkte-Skala, in der die verschiedenen Intensitäten mit Begriffen wie "hängende Objekte schwanken" (MMI II), "Gips und schwacher Schornsteinriss" (MMI VI) und "die meisten Backsteingebäude stürzen" (MMI X) beschrieben werden. Die MMI-Skala hat 12 Intensitätsstufen, wobei Stufe 1 am niedrigsten ist, und ist durch geringfügige Erschütterungen gekennzeichnet, die von seismischen Instrumenten wahrgenommen werden. Die höchste Stufe 12 wird als totale Zerstörung beschrieben.

Fahrgeschwindigkeit und Beschleunigung

Die Bodengeschwindigkeit ist ein Maß dafür, wie schnell ein Punkt auf dem Boden infolge seismischer Wellen durch ein Erdbeben bebt. Während eines Erdbebens verursachen Zittern im Boden auch eine Beschleunigung, den Übergang von einer Geschwindigkeit zur anderen. Bodengeschwindigkeit und Beschleunigung nehmen mit der Entfernung vom Epizentrum des Erdbebens ab. Die maximale Bodengeschwindigkeit (PGV) und die maximale Bodenbeschleunigung (PGA) ist die maximale Geschwindigkeit und Beschleunigung, die von einer bestimmten Station während eines Erdbebens aufgezeichnet wird. Sowohl PGV als auch PGA können verwendet werden, um das Risiko eines Erdbebenschadens zu quantifizieren. Ingenieure verwenden normalerweise PGV oder Partikelgeschwindigkeit, während Seismologen häufiger PGA verwenden. Bodengeschwindigkeit und Beschleunigung werden beide mit speziellen Seismometern gemessen, die als Strong Motion Sensors (SMS) bezeichnet werden. PGA wird üblicherweise in Bezug auf die Schwerkraft (g) quantifiziert.