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Hochauflösende seismo-thermo-hydromechanische Analyse der hydraulischen Stimulation: Modellentwicklung, Validierung und Anwendung

Enhanced Geothermal Systems (EGS) zielen darauf ab, die in der Erdkruste gespeicherte Wärme durch zirkulierende Flüssigkeiten zwischen Injektions- und Produktionsbohrlöchern zu extrahieren. Ideale Bedingungen finden sich typischerweise in Formationen in einer Tiefe von 2 bis 5 km, in denen die Durchflussrate für kommerzielle geothermische Anlagen nicht ausreicht und in denen die Temperaturen hoch sind (d. H. >> 100 ° C). Daher ist die Hochdruck-Flüssigkeitsinjektion, die als hydraulische Stimulation bekannt ist, eine allgemein angewandte Technik, um ein verbundenes Bruchnetzwerk zu erzeugen, das die Flüssigkeitszirkulation erleichtert. Die hydraulische Stimulation geht typischerweise mit einer induzierten Seismizität einher, die von der Öffentlichkeit wahrgenommen werden kann und sogar Schäden verursacht. Das Ziel dieses Projekts ist es, ein grundlegendes Verständnis der induzierten Seismizität in gebrochenen Gesteinen zu vermitteln, das die Fähigkeit verbessert, das seismische Risiko vorherzusagen und zu kontrollieren. Dieses Projekt geht von der Hypothese aus, dass die Seismizität gemeinsam durch die Bruchnetzgeometrie und die aktivierten thermo-hydromechanischen (THM) Prozesse in geologischen Systemen gesteuert wird. Wir werden Discrete Fracture Networks (DFN) anwenden, um die strukturellen Diskontinuitäten darzustellen und die THM-Prozesse mit hoher Auflösung zu modellieren. Dieses Projekt verwendet die Datensätze aus kleinen (Dekameter-) Stimulationsexperimenten am Grimsel-Teststandort in der Schweiz und modernste numerische Modelle, um Folgendes zu erreichen: 1) Testen Sie die Wirksamkeit hochauflösender Modelle zur Erfassung der seismische, hydraulische und mechanische Prozesse, die mit kleinen Experimenten beobachtet wurden; 2) Verknüpfung der geometrischen Attribute eines Bruchnetzwerks (wie Intensität, Konnektivität, Länge und räumliche Verteilung) mit der räumlichen, zeitlichen und Größenverteilung der induzierten Seismizität; 3) ein neuartiges Prognosemodell für die maximal mögliche Größe vorschlagen und testen, das die gemeinsamen Auswirkungen von Multiphysikprozessen berücksichtigt, die unter standortspezifischen geologischen Bedingungen und Betriebsbedingungen dominieren; 4) Bewertung der Hochskalierung der hochauflösenden DFN-Modelle im kleinen Maßstab (Dekameter), um die Experimente im Reservoir-Maßstab (Kilometer) zu simulieren. Dieses Forschungsprojekt ist neu in der Behandlung der durch Injektion induzierten Seismizität durch hochauflösende physikbasierte Modelle und hochwertige Datensätze, die aus einzigartigen In-situ-Experimenten abgeleitet wurden. Die vorgeschlagene Forschung hat erhebliche Auswirkungen auf die Förderung der Übergangspolitik hin zu einer Versorgung mit erneuerbaren Energien und trägt dazu bei, unser Wissen über die Auslösemechanismen induzierter Erdbeben zu erweitern.

Deutscher Erdbebenkatalog

Der Datenbestand, der dem Web Map Service (WMS) zugrunde liegt, liefert Informationen zum seismischen Geschehen in Deutschland und benachbarten Gebieten. Er beinhaltet die Orte, an denen seit dem Jahr 800 seismische Ereignisse stattfanden. Grundlage für die Epizentrumsbestimmung sind historische Quellen sowie seit Beginn der instrumentellen Erdbebenaufzeichnung im 20. Jahrhundert Messungen mit Seismometerstationen. Die digitale Datenerfassung an den Seismometerstationen des Deutschen Regionalnetzes (GRSN) sowie den Messanlagen des GERES-Arrays und des Gräfenberg-Arrays (GRF) und die Echtzeitübetragung der registrieten Seismometerdaten zum Seismologischen Zentralobservatorium der BGR gestattet es heute, seismische Ereignisse unverzüglich zu detektieren, auszuwerten und im WMS bereitzustellen. Es werden alle Ereignisse mit einer lokalen Magnitude ML 2,0 oder höher dargestellt. Die Epizentrumsbestimmung erfolgt zunächst automatisch. Daher kann es in einigen Fällen zu fehlerhaften Epizentrumskoordinaten und zu überschätzten Magnitudewerten kommen. Aus diesem Grund werden die Ergebnisse der automatischen Bestimmung im Rahmen einer manuellen Routineauswertung in der Regel am folgenden Werktag überprüft und gegebenenfalls korrigiert.

INSPIRE: German Earthquake Catalogue (WMS)

The WMS GERSEIS (INSPIRE) represents the seismological events of the German Earthquake Catalogue which is based on a database providing information on the seismicity in Germany and adjacent areas. It contains locations of seismic events since year 800 where their epicentre determinations are based on historical sources as well as on measurements at seismometer stations since the start of instrumental seismological recording in the 20th century. Today, digital data acquisition at seismometer stations of the German regional seismic network (GRSN), the seismic GERES array, and the Gräfenberg array (GRF) takes place. All events with a local magnitude ML 2.0 and higher are listed. Due to the continuous processing of the seismic events, the INSPIRE dataset is updated annually. The WMS GERSEIS (INSPIRE) contains a layer of the seismological events (NZ.ObservedEvent) displayed correspondingly to the INSPIRE portrayal rules. Via the getFeatureInfo request the user obtains the content of the INSPIRE attributes unitsOfMeasure, qualitativeValue, quantitativeValue, validFrom and intensityScale (short name of citation of the intensity scale).

INSPIRE: German Regional Seismic Network (GRSN)

The German Regional Seismic Network (GRSN) consists of seismological stations equipped with 3-component broadband seismometer and digital data aquisition system. The recorded data are directly transmitted to the data center at BGR Hannover and made available to the public near realtime. The GML file together with a Readme.txt file are provided in ZIP format (GRSN-INSPIRE.zip). The Readme.text file (German/English) contains detailed information on the GML file content. Data transformation was proceeded by using the INSPIRE Solution Pack for FME according to the INSPIRE requirements.

Induzierte Seismiziät in Abhängigkeit von Lithologie, Struktur und Spannung, Teilvorhaben: Simulation induzierter Seismizität und Wellenfeldausbreitung

Im Verbundprojekt 'Restless' soll die Frage geklärt werden, ob und in wieweit das Risiko induzierter Seismizität von der Lithologie des erschlossenen geothermischen Reservoirs abhängt. Gesamtziel des Projekts ist es, mit einer Kombination von Gelände-, Labor- und numerischen Methoden die notwendigen Bedingungen zur Reaktivierung von Störungen und die resultierende Seismizität in Abhängigkeit von deren geometrischen und lithologischen Eigenschaften genauer zu untersuchen. Ziel dieses Teilprojekts ist es zu untersuchen, bei welchen definierten Druckveränderungen in einem geothermischen Reservoir es bei gegebenen regionalen Spannungsverhältnissen zu induzierter Seismizität kommen kann. Dies soll durch die Weiterentwicklung hauseigener Simulationscodes erfolgen. Die geplanten transienten THM-Simulationen sowohl die räumliche und zeitliche Verteilung der seismischen Ereignisse als auch deren Quellsignalcharakteristik liefern. Diese Informationen werden dann genutzt, um die vom Quellort (Hypozentrum) ausgehenden seismischen Wellen im dreidimensionalen Raum zu simulieren und die daraus resultierenden Bodenschwinggeschwindigkeiten abzuschätzen. Notwendige Eingangsdaten und Randbedingungen der Simulationen, z.B. zu Modellgeometrien und gesteinsphysikalischen Parametern, werden durch die Verbundpartner zur Verfügung gestellt und durch eigene H/V-Messungen im Gelände ergänzt. Die Simulation erfolgen zunächst an generischen Modellen zur Erlangung eines besseren Prozessverständnisses sowie zur Untersuchung des möglichen Effekts unterschiedlicher Lithologien auf die induzierte Seismizität. Anschließend werden Simulationen für zwei Beispielstandorte durchgeführt. Die Arbeiten werden ergänzt durch eine Literaturstudie, welche neben der Recherche zu gesteinsphysikalischen Eigenschaften insbesondere eine Aufarbeitung existierender Geothermiestandorte hinsichtlich ihrer durchteuften Lithologien und induzierter Seismizität beinhaltet.

Dekarbonisierung der Wärmenetze zur Bereitstellung industrieller Prozesswärme+kommunaler Fernwärme am Pilotstandort Wörth am Rhein durch Nutzung der Tiefengeothermie, Teilvorhaben: Modellierung von Störungsreaktivierung und seismische Mikrozonierung

INSPIRE: German Earthquake Catalogue (GERSEIS)

The German Earthquake Catalogue is based on a database providing information on the seismicity in Germany an adjacent areas. It contains locations of seismic events since year 800 where their epicentre determinations are based on historical sources as well as on measurements at seismometer stations since the start of instrumental seismological recording in the 20th century. Today, digital data acquisition at seismometer stations of the German regional seismic network (GRSN), the seismic GERES array, and the Gräfenberg array (GRF) takes place. All events with a local magnitude ML 2.0 and higher are listed. The GML file together with a Readme.txt file are provided in ZIP format (GERSEIS-INSPIRE.zip). The Readme.text file (German/English) contains detailed information on the GML file content. Data transformation was proceeded by using the INSPIRE Solution Pack for FME according to the INSPIRE requirements. Due to the continuous processing of the seismic events, the INSPIRE dataset is updated annually.

Deutscher Erdbebenkatalog (WMS)

Dieser Web Map Service (WMS) liefert Informationen zum seismischen Geschehen in Deutschland und benachbarten Gebieten. Er beinhaltet die Orte, an denen seit dem Jahr 800 seismische Ereignisse stattfanden. Grundlage für die Epizentrumsbestimmung sind historische Quellen sowie seit Beginn der instrumentellen Erdbebenaufzeichnung im 20. Jahrhundert Messungen mit Seismometerstationen. Die digitale Datenerfassung an den Seismometerstationen des Deutschen Regionalnetzes (GRSN) sowie den Messanlagen des GERES-Arrays und des Gräfenberg-Arrays (GRF) und die Echtzeitübetragung der registrieten Seismometerdaten zum Seismologischen Zentralobservatorium der BGR gestattet es heute, seismische Ereignisse unverzüglich zu detektieren, auszuwerten und im WMS bereitzustellen. Es werden alle Ereignisse mit einer lokalen Magnitude ML 2,0 oder höher dargestellt. Die Epizentrumsbestimmung erfolgt zunächst automatisch. Daher kann es in einigen Fällen zu fehlerhaften Epizentrumskoordinaten und zu überschätzten Magnitudewerten kommen. Aus diesem Grund werden die Ergebnisse der automatischen Bestimmung im Rahmen einer manuellen Routineauswertung in der Regel am folgenden Werktag überprüft und gegebenenfalls korrigiert.

INSPIRE: German Regional Seismic Network (WMS)

The WMS GRSN (INSPIRE) represents the seismological stations of the German Regional Seismic Network (GRSN) equipped with 3-component broadband seismometer and digital data aquisition system. The recorded data are directly transmitted to the data center at BGR in Hannover and made available to the public near realtime. According to the Data Specification on Geology (D2.8.II.4_v3.0, subtopic Geophysics) the information with respect to the seismological stations is INSPIRE-compliant. The WMS GRSN (INSPIRE) contains a layer of the seismological stations (GE.seismologicalStation) displayed correspondingly to the INSPIRE portrayal rules. Via the getFeatureInfo request the user obtains the content of the INSPIRE attributes platformType, relatedNetwork, stationType und stationRank.

Seismologische Stationen der BGR

Das Seismologische Zentralobservatorium der BGR betreibt drei seismologische Stationsnetze (sog. Arrays) in Deutschland. Um Störeinflüsse auf die äußerst sensible Messtechnik der seismologischen Stationen auszuschließen, liegen bezüglich der Windenergienutzung gewisse Restriktionen vor.

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