Seismisches Netzwerk INSIDE: Aufbau und Inbetriebnahme

Dieses Dokument gilt als Ergebnis des Meilensteins M1.2.3 des INSIDE-Projekts und befasst sich mit der Installation und Inbetriebnahme des seismischen Netzes. Dieser Meilenstein entspricht einem Hauptziel des Projekts, nämlich der Erweiterung der Kapazität des bestehenden seismischen Netzes um die Standorte Sendling/Schäftlarnstraße, Pullach und Baierbrunn im Großraum von München. Das Netz besteht aus fünf seismischen Stationen, von denen eine in einem Überwachungsbohrloch in 170 m Tiefe installiert wurde. Zusätzlich wurde eine Messstation in Buchenhain installiert, die für die Erfassung von Distributed Acoustic Sensing (DAS) und Distributed Temperatur and Strain Sensing (DTSS) Messungen bestimmt ist. Ein Mini-Array wird Ende 2021 oder Anfang 2022 in der Siemensalle installiert.
Wir stellen die fünf Standorte vor, die die Auswahlkriterien erfüllten und für die Installation der seismischen Stationen ausgewählt wurden. Diese Standorte befinden sich am Rande eines Kreises mit einem Radius von etwa 4 km. Die technischen Mittel für die Installation der Messstationen werden ebenfalls vorgestellt.
Wir vorstellen und diskutieren die Messungen zur Abschätzung der Hintergrundbodenunruhe (Noise), gemäß den Empfehlungen für den Themenkomplex „Seismische Überwachung“ der Arbeitsgruppe „Induzierte Seismizität“ des Forschungskollegiums Physik des Erdkörpers e.V. ... mehr(FKPE). Ziel dieser Messungen ist es, die Erkennungs- und Lokalisierungsfähigkeiten des Netzes zu bewerten. An jedem Standort werden die Bodenunruhemessungen im Hinblick auf die gemessenen Amplituden und deren Frequenzverteilung ausgewertet. Die Amplituden werden statistisch behandelt und wir analysieren zu diesem Zweck die statistische Verteilung von I95-Werter. Die Frequenzverteilung des Rauschens wird durch die Berechnung des Spektrogramms und der probabilistischen Leistungsdichte analysiert. Anhand dieser Messungen wird schließlich die Detektionskapazität der einzelnen Stationen theoretisch bestimmt.
Nach den Messungen, die seit der Installation der Messstationen durchgeführt wurden, bestätigen wir, dass die einzelnen Standorte des seismischen Netzes die FKPE-Empfehlungen für die maximale Hintergrundbodenunruhe erfüllen.
Insgesamt zeigen die Stationen eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Bodenunruhe im Frequenzbereich, das gezielt wird. Der Vergleich mit den Messungen, die nach der Messkampagne im Mai 2020 durchgeführt wurden, ermöglicht es die tatsächliche Kapazität des Netzes im Verhältnis zu den Erwartungen und dieser vorläufigen Bewertung zu beurteilen. Im Vergleich ist die Auswirkungen der Hintergrundbodenunruhe am Messpunkt in Siemensallee geringer, da die Station in einem Messbohrloch installiert wurde. Im Forstenrieder Park wurde die Messstation ca. 900 m nach Nordwesten verlegt, was ebenfalls zu einer Reduzierung der Auswirkungen der Hintergrundbodenunruhe führte.
In den theoretischen Simulationen ermöglicht das Netz die Erkennung von Ereignissen mit einer kinetischen Energie bis zu MW = -1. Für ein Ereignis, das innerhalb des von den fünf Stationen beschriebenen Perimeters stattfindet, liegt diese Schwelle allgemein bei MW = -0,7. Außerhalb dieses Bereichs steigt die Detektionsschwelle auf MW = -0,5. In Anbetracht der durchgeführten Messungen und Simulationen liegen im Gebiet von Pullach die theoretischen Fehler bei der Detektion eines Ereignisses mit einer Magnituden MW = -0,7 im Bereich von 10 bis 60 ms.
In diesem Bericht wurden nicht die Detektions- und Lokalisierungsfähigkeiten des Mini-Arrays beurteilet, weil die Messstelle noch nicht installiert wurde. Nach Vorliegen dieser Daten, werden die Fähigkeiten mit denen von Standard-Seismometern auch verglichen. Das Gleiche gilt für die DAS-Messungen in Buchenhain, die hier nur vorgestellt werden.