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Projektbeschrieb

Im Rahmen des Forschungsprojektes GeoBest führt der Schweizerische Erdbebendienst (SED) die seismologische Überwachung des Geothermieprojektes der Stadt St. Gallen durch. Dazu hat der SED in Zusammenarbeit mit den Sankt Galler Stadtwerken sechs neue Erdbebenmessstellen im Raum St. Gallen errichtet. Ziel der Überwachung ist es, mögliche kleine Erdbeben - sogenannte Mikrobeben - in der Umgebung der Tiefbohrungen zu detektieren und abzuklären, ob diese in Zusammenhang mit dem Geothermieprojekt stehen oder natürlichen Ursprungs sind. Ausserdem werden durch das Projekt wichtige Grundlagendaten für ein besseres Verständnis der Tiefengeothermie gesammelt, die als unentbehrlicher Erfahrungsschatz die Planungssicherheit der kantonalen Behörden und Projektbetreiber bei zukünftigen Geothermieprojekten gewährleisten sollen.

Verlauf

Das Geothermieprojekt in St. Gallen im Jahr 2013 sah vor, in bestehenden Aquiferen in über 4'000 Metern Tiefe natürlich zirkulierendes Wasser für die Stromproduktion zu nutzen. Vergleichbare Projekte im Süden von Deutschland, welche dieselben Gesteinsschichten anbohren, werden erfolgreich betrieben.

Optimale Bedingungen für hydrothermale Systeme bieten bereits existierende Störungszonen im Untergrund, weil sie eine höhere Durchlässigkeit aufweisen. Mit Hilfe eines seismischen 3D-Modells wurde im Sittertobel eine geeignete Stelle für die Bohrarbeiten ermittelt. Favorisiert wurde eine Störungszone, deren seismisches Potential von den Betreibern und den Sankt Galler Stadtwerken aufgrund der vergangenen seismischen Aktivität als gering eingestuft wurde.

Zur seismischen Überwachung installierte der SED im Vorfeld der Bohrarbeiten ein seismisches Netzwerk mit sieben Stationen, von denen sechs an der Erdoberfläche und eine in einem Bohrloch angebracht wurden.

Die Bohrarbeiten begannen anfangs 2013 und im Sommer desselben Jahres wurden erste Test- und Stimulationsmassnahmen vorgenommen. Die dabei ausgelösten Mikrobeben waren in Anzahl und Stärke so erwartet und für Menschen nicht spürbar. Am Abend des 19. Juli 2013 begann die seismische Aktivität zuzunehmen, die Erdbeben ereigneten sich häufiger und wurden stärker. Das Ampelsystem als zentrales Vorsorgeelement löste nach einem initialen Ereignis mit einer Magnitude von 1.6 einen gelben Alarm aus. Ein solcher sieht einen sofortigen Stopp der Pumparbeiten vor. Weil der Gegendruck aufgrund aufsteigender Gase im Bohrloch aber zu gross war und möglicherweise eine Gefahr für die gesamte Anlage darstellte, wurden die Pumparbeiten weitergeführt. Die Seismizität nahm weiter zu und erreichte ihren Höhepunkt am Morgen des 20. Juli 2013 mit einem spürbaren Beben der Magnitude 3.5. Dies entsprach einer Intensität von IV. Das Beben wurde von der Bevölkerung deutlich wahrgenommen, verglichen mit Basel gingen aber nur sehr wenige Schadensmeldungen ein.

Anschliessend nahm die Bebenaktivität wie erwartet stetig ab, steigerte sich aber im Rahmen der Vorbereitungen zu den Produktionstests ab dem 16. September 2013 erneut. Insgesamt wurden in dieser Periode 232 Mikrobeben registriert, das Stärkste ereignete sich am 2. Oktober 2013 und wies eine Magnitude von 2.0 auf. Mit dem Beginn der Produktionstests am 15. Oktober 2013, bei denen Gas und Wasser aus dem Untergrund gefördert wurden, hat die Erdbebentätigkeit deutlich abgenommen. Der SED verzeichnete seither lediglich vier sehr schwache Ereignisse. Diese Mikrobeben waren möglicherweise Nachbeben des Bebens vom 2. Oktober 2013 und sind daher nicht unbedingt auf den Produktionstest zurückzuführen.

Nach heutigem Stand der Erkenntnis stehen die ausgelösten Beben in direktem Zusammenhang mit den Massnahmen, die eingeleitet wurden, um den am 19. Juli 2013 festgestellten Gas-Wasser-Austritt zu bekämpfen. Erhöhte Erdbebenraten treten vor allem beim Einpumpen (Injektion) von Flüssigkeiten in den Untergrund auf, wogegen das Herauspumpen (Produktion) in der Regel die Erdbebenraten verkleinert, sofern es nicht zu einer substantiellen Verfestigung der Sedimente (Kompaktion) kommt. Reagiert die Störungszone zudem sensibel auf Änderungen des Porendrucks, ist dies ein Hinweis, dass die Zone durch tektonische Spannungen kritisch vorgespannt ist und Beben eher zu erwarten sind.

Die Sankt Galler Stadtwerke schlossen die erste Phase ihres Geothermieprojekts im Nachgang an die Produktionstests ab. Im Frühjahr 2014 wurde das Projekt nach weiteren Untersuchungen definitiv beendet. Die St. Galler Stadtwerke begründeten das Projektende mit der "Kombination aus unzureichender Wasserfündigkeit, erhöhtem Erdbebenrisiko sowie einer überraschenden Gasführung in den erschlossenen Gesteinsschichten".

Eine detaillierte Chronologie zur Seismizität im Rahmen des Geothermieprojekts in St. Gallen finden Sie hier.

Informationen zur Echtzeitüberwachung der induzierten Seismizität in St. Gallen finden Sie hier.

SG Seismicity

Induzierte Seismizität beim Geothermieprojekt St. Gallen erfasst durch eine manuelle Nachanalyse des SED. Die rote Linie in der unteren Grafik zeigt oberhalb welcher Magnitude die erfassten Erdbeben als vollständig erachtet werden (Vollständigkeitsgrenze). Mit der Nachanalyse konnten mehr als 800 Mikroerdbeben detektiert werden (siehe obere Grafik). Im zweiten Halbjahr 2013, als die Nachanalyse durchgeführt wurde, konnte die Vollständigkeitsgrenze der erfassten Erdbeben auf ML-0.4 gesenkt werden. Im restlichen Zeitraum, wurde, mit der automatischen Echtzeitanalyse des SED ein Vollständigkeitsgrenze von ML 0.7 erreicht.