ReFINE Briefing Note

Welche Erdbebenstärken können durch Fracking verursacht werden? Diese Kurzfassung basiert auf : “Induced seismicity and hydraulic fracturing for the recovery of hydrocarbons” von Richard J. Davies, Gillian Foulger, Annette Bindley and Peter Styles, online publiziert in Marine and Petroleum Geology, April 2013, und ist als freier Download auf www.refine.org.uk erhältlich.

Hydraulische Risserzeugung, besser bekannt als Fracking, ist ein Prozess bei dem absichtlich Risse, durch die Injektion von Flüssigkeit in den Untergrund, erzeugt werden. Während aktueller Schiefergaserkundungen in Lancashire, UK, ergaben sich aufgrund des den Frackingprozess kleinere Erdbeben, die öffentliche Beunruhigung herbeiführten. Um die Auswirkungen von Fracking zu erforschen, startete das Durham Energy Institute und die Keele University eine Studie weltweit publizierter Daten bezüglich induzierter Erdbeben (nicht natürlichen Erdbeben). Die Arbeit zeigt, dass durch Fracking induzierte Erdbeben typischerweise wesentlich niedrigere Magnituden (Größenordnungen) aufweisen als Erdbeben, welche durch Bergbau, das Entleeren von Erdöl- und/oder Erdgasfeldern, oder das Füllen von Wasserreservoiren erzeugt wurden.

Was ist ein induziertes Erdbeben? Erdbeben treten durch plötzliche Bewegungen an geologischen Störungen auf. Der für ein solches Ereignis genutzte technische Begriff lautet Seismizität. Ein Erdbeben spiegelt die Strukturen der Erdkruste und der anliegenden Kräfte wieder. Induzierte Erdbeben entstehen, wenn eine nicht

aktive Störung durch menschliches Eingreifen aktiviert wird. Dieses kann durch das Entfernen von Material (Bergbau) oder durch Injektion von Flüssigkeit in den Untergrund geschehen, welche die Störung „schmiert“. Bei der hydraulischen Risserzeugung (Fracking) tritt der zweite Fall ein.

Abbildung 1: Vereinfachter 3D Schnitt durch eine Schiefergasproduktionsstätte. Ein Bohrloch wird in eine tiefe, gasreiche Schieferschicht gebohrt. Flüssigkeit wird in das Gestein gepresst, um es zu brechen und das Gas freizusetzen. Induzierte Erdbeben treten auf, wenn die Flüssigkeit durch den hydraulischen Frackingprozess in die Störungszone wandert.

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Die Flüssigkeitsinjektion in Schiefer soll Risse erzeugen und erweitern (Fig. 1), um dadurch ein Rissnetzwerk zu bilden und es zu Störungszonen zu verbinden. Als eine Konsequenz, kann die injizierte Flüssigkeit oder der Flüssigkeitsdruckimpuls in die Störung wandern und dort eine Aktivierung oder Reaktivierung der Störung auslösen. Die Mechanismen, die Magnituden und die Frequenzen, von durch Fracking induzierten Erdbeben, sind zum jetzigen Zeitpunkt nicht in ihrer Gesamtheit erfasst worden und können demzufolge nicht in einen weltweiten Kontext mit anderen Formen von induzierten Erdbeben eingeordnet werden.

Abbildung 2: Ursachen, Magnitude und Frequenzen von 198 publizierten Beispielen von induzierter Seismitzität mit einer Magnitude größer als 1. Bei mehrmaligem Auftreten in sehr kurzen Zeitabständen an einer Örtlichkeit wurde nur das jeweils größte Event gezählt. Die höchsten aufgezeichneten Events von induzierter Seismizität sind 7.9 (China, Staudammfüllung) und 7.3 (Azerbaijan, Öl- und Gasfeld).

Induzierte Erdbeben: eine weltweite Studie Alle gesammelten und veröffentlichen Daten der Studie sind in der Abbildung 2 zusammengefasst. Die Abbildung 2 zeigt die Magnituden und die Frequenzen von induzierten seismischen Ereignissen, mit den zugehörigen Auslösern. Durch das Überprüfen von fast 200 veröffentlichen Fällen, von induzierten Erdbeben seit 1929, ist diese Arbeit die erste weltweite Prüfung, die sich mit den Auslösern und der Lage, von durch Fracking verursachten Erdbeben, in einem größeren Kontext auseinandersetzt. Es zeigt sich, dass induzierte Erdbeben viele verschiedene Ursache haben können und nicht nur das Fracking von Schiefergasvorkommen, welches von 3 Örtlichkeiten bekannt ist. Die Ursachen gehen von Staudammfüllung (total=39), über das Fördern von Kohlenwasserstoffen aus Erdöl- und Erdgasfeldern (total=42), dem Bergbau (total=77) bis hin zu dem hydraulischen Erzeugen von Rissen im Untergrund für geothermische Energiegewinnung (total=21).

Was hat die stärksten induzierten seismischen Ereignisse verursacht? Die größten aufgezeichneten Magnituden von induzierten seismischen Ereignissen sind: Staudammfüllung (max. M=7.9), Erdöl- und Erdgasreservoir Entleerung (7.3), Bergbau (5.6), Untertage Mülllagerung (5.3), Wasserinjektion in ein Erdölreservoir (5.1), geothermische Energiegewinnung (4.6), Schiefergas Fracking (3.8), und seismische Forschungsbohrung (3.1). Durch die Natur des Prozesses, der Risserzeugung durch das Induzierten von Flüssigkeit, generiert der Frackingprozess Erdbeben, welche jedoch sehr geringe Magnituden aufweisen (Abbildung 2).

Welche Erdbebenstärken können durch das hydraulische Fracking für Schiefergas verursacht werden? Induzierte Erdbeben verbunden mit Fracking wurden bislang nur in 3 Schiefergasfeldern festgestellt, in UK, USA und Kanada. Wie in Abbildung 3 gezeigt, ist Fracking für Schiefergas an 79 induzierten Erdbeben

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mit einer Magnitude >1 verantwortlich. Das größte dieser Erdbeben hatte eine Magnitude von 3.8 und ereignete sich in dem Horn River Basin in British Columbia, Canada. Es war spürbar, aber verursachte keine aufgezeichneten Schäden. Dieses und 3 weitere Beispiele (zwei im UK und eines in den USA) sind die einzigen veröffentlichten durch Fracking induzierten Erdbeben, welche spürbar waren.

Schwimmbecken, und der sehr kurzen Pumpdauer. Es ist möglich, dass Störungsreaktivierungen induziert durch das Fracking höhere Magnituden verursachen, als heute bekannt, aber diesem Risiko kann ein verbessertes Verständnis der Geologie von Schiefern entgegenwirken. Basierend auf heutigen Daten ist ein Auftreten von Fracking induzierten spürbaren Erdbeben (M>3) eher unwahrscheinlich, kann aber nicht ausgeschlossen werden.

Welche momentanen Ergebnisse können aus der Studie geschlossen werden? Diese Studie sorgt für einen deutlicheren Kontext zum Thema Fracking und wichtige Informationen, zu der aktuell geführten Debatte über die Risiken. Es wurden 4 Mechanismen gezeigt, welche Störungen durch Flüssigkeit oder Flüssigkeitsdruckwellen, während des Frackingprozesses, reaktivieren können: 1) direkt durch den Bohrprozess; 2) durch neu stimulierte Risse; 3) durch bereits existierende Risse; 4) durch das Fließen durch durchlässiges Gestein oder an den Grenzflächen von Gesteinsschichten. Verglichen mit anderen Quellen für induzierte Erdbeben, wie Bergbau oder dem Füllen von Staudämmen, hat das hydraulische Fracking bis heute relativ geringe Folgen. Das aufgrund der vergleichbar geringen Wassermengen, in der Größenordnung von 2 bis 11 olympischen

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Figure 3: Fracking-induced seismic events of magnitude greater than 1. At three locations (the Eola Field, Oklahoma, USA; Preese Hall, Lancashire, UK; and the Horn River basin, British Columbia, Canada), 79 events with a magnitude >1 have been recorded. The highest-recorded magnitude of fracking-induced seismicity is 3.8 (Horn River, Canada).

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