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März 2025

Karlsruher Institut für Technologie

In den vergangenen drei Monaten lag der Fokus am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Geophysikalisches Institut, auf der Planung, Durchführung und Auswertung weiterer Profilmessungen an Windenergieanlagen. Die Messung nahe Havixbeck wurde erfolgreich durchgeführt. Aktuell werden diese Daten, auch in Hinblick auf den Unterschied des Rauschniveaus vor und nach dem Bau der Windenergieanlagen untersucht. Für April 2025 ist die letzte Messung im Rahmen des DB MISS Projekts geplant, welche in Zusammenarbeit mit dem Landeserdbebendienst Baden-Württemberg stattfindet.

Geologischer Dienst NRW

„Als Grundlage für das lithologische Modell von NRW werden Daten aus dem Geothermieportal NRW (https://www.geothermie.nrw.de/) für die oberflächennahe und mitteltiefe Geothermie. Die Punktdaten wurden mit dem digitalen Geländemodell des BKG mit einer Gitterweite von 200 und 1000 m (https://gdz.bkg.bund.de/index.php/default/digitale-geodaten/digitale-gelandemodelle.html?___store=default) verschnitten. In einem Gitterabstand von wahlweise 200 oder 1000 m liegen somit virtuelle Bohrlochdaten für ganz NRW mit Tiefen von 100 bzw. 1000 m vor. Für die weitere Verwendung wurde die komplexe Lithologie in den Bohrlochdaten homogenisiert. Rund 175 geophysikalische Bohrlochmessungen (Sonic-Logs) wurden verwendet, um den Lithologischen-Einheiten im Umfeld der Bohrlochmessungen Intervallgeschwindigkeiten der Kompressionswelle (Vp) zuzuordnen. Die Intervallgeschwindigkeiten wurden auf Schichtäquivalente auf ganz NRW übertragen. In einem vereinfachten Ansatz wurden die Schwerwellengeschwindigkeiten (Vs) über die Beziehung Vs = Vp/√3 bestimmt. Fehlende Geschwindigkeitsinformationen für Lithologien wurden durch Literaturwerte sinnvoll ergänzt. Aus den Vp- und Vs- Geschwindigkeiten wurden vorläufige Qp- und Qs- Faktoren abgeschätzt.

Universität Münster

Wir analysieren weiterhin die verfügbare Erdbebendatenbank mithilfe des Abschwächungstomographie-Tools MuRAT. Unsere Tests umfassen alle seismischen Phasen, einschließlich der Ankunftszeiten von P- und S-Wellen. Wir haben die Ergebnisse unter Verwendung aller drei Komponenten (3C) sowie nur der horizontalen Komponenten verglichen und eine konsistente Übereinstimmung in den berechneten Parametern – Qc, Q und Spitzenverzögerungsvariation – sowie im durchschnittlichen, frequenzabhängigen Q-Wert für die Untersuchungsregion festgestellt.
Zusätzlich haben wir Daten des dichten lokalen FloodRisk-Seismischen Netzwerks verarbeitet, das von der Ruhr-Universität Bochum betrieben wird (Rische et al., 2022). Derzeit konzentrieren wir uns auf die Vorverarbeitung und Auswahl der Daten aus diesem Netzwerk, um die Qualität unserer Ergebnisse weiter zu verbessern.
Diese Arbeiten sind Teil unserer Vorbereitung auf die Veröffentlichung unserer Forschungsergebnisse.

November 2024

Universität Münster

Zusammenfassung

Karlsruher Institut für Technologie

Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Geophysikalisches Institut, lag der Fokus auf der Auswertung und Durchführung weiterer Profilmessungen an Windenergieanlagen. Insgesamt wurden 5 Messreihen erfolgreich abgeschlossen, eine Messreihe findet aktuell statt und eine letzte ist für Frühjahr 2025 geplant. Die Ergebnisse zeigen Übereinstimmungen mit früheren Studien, aber auch die Komplexität des gemessenen Wellenfeldes. Als letzter Schritt wurde mit der Bestimmung des Qualitätsfaktors Q begonnen.

Geologischer Dienst NRW

Im Rahmen des Arbeitspakets 4 wird aktuell der geologische Bezug von Q untersucht, wobei das Hauptziel in der Analyse, Bewertung und Charakterisierung der Erdbebenmessstationen in Nordrhein-Westfalen (NRW) liegt.

Der Fokus der Bewertung und Charakterisierung liegt auf geologischen und geophysikalischen Parametern, insbesondere der Lithologie und der seismischen Geschwindigkeit des Untergrundes. Diese Parameter sind von zentraler Bedeutung, um die Standortbedingungen der Messstationen präzise zu erfassen. Die Analyse der Lithologie ermöglicht eine detaillierte Identifikation der Gesteinsarten und deren spezifischer Eigenschaften. Die Untersuchung der seismischen Geschwindigkeit liefert wichtige Informationen über die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Erdbebenwellen.

Als Eingangsdaten wurden ein 3D-Landesmodell von Nordrhein-Westfalen, 3D-Störungsmodelle von NRW, eine DEM-Datei sowie Geodaten aus dem Geothermieportal NRW (https://www.geothermie.nrw.de) für oberflächennahe und mitteltiefe Geothermie verwendet. Diese Daten wurden mit Hilfe von GIS-Software und Python verarbeitet und die relevanten Informationen wurden in die Software Move 3D übertragen. Auf Basis dieser Daten wurden lithologische Modelle erstellt.
Im nächsten Schritt werden seismische Geschwindigkeitswerte aus bohrlochgeophysikalischen Messungen ergänzt, um eine umfassende Darstellung zu ermöglichen.

Ruhr Universität Bochum

Im Rahmen des Arbeitspakets 7 wurde der Denoiser wurde weiterhin zur Unterstützung bei der Phasenbestimmung von verrauschten Daten in der Praxis getestet.
Der Einfluss der Amplitudenabnahme durch Anwendung des Denoisers im Hinblick auf eine Bestimmung der Magnitude wurde an Schwarmbeben-Datensätzen untersucht. Damit konnten Amplituden für bis zu 1900 Ereignisse im Magnitudenbereich zwischen -0.7 und 4.2 ML an unterschiedlichen Stationen in verschiedenen Herdentfernungen bestimmt werden.Bestimmt wurden Amplituden für das Rauschen kurz vor einem Ereigniss, Amplituden für P- und S- Phasen, sowie das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) der unterschiedlichen Phasen. Alle Parameter wurden sowohl auf allen Komponenten der Orginalwellenformen, gefilterten Spuren (Bandpass 1 - 45 Hz 3. Ordnung), als auch auf den mit dem Denoiser erstellten entrauschten Spuren berechnet.
Unterschiedliche Parameterkombinationen wurden ausgetestet, um Korrelationen in der Amplitudenabnahme der entrauschten Spuren herauszufinden.
Durch Vergleich von Signal zu Rausch Verhältnis an Orginaldaten zu entrauschten Daten konnten entfernungsabhängig Grenzwerte ermittelt werden, ab dem eine Amplitudenabnahme durch das Denoising zu vernachlässigen ist. Allerdings sind auf diesen Spuren die Phaseneinsätze auch im Orginal so gut zu bestimmen, dass keine Bearbeitung (Filter / Denoiser) nötig ist. Für die Amplitudenabnahme auf den mit dem Denoiser erzeugten Spuren bei Magnituden unterhalb des Grenzwertes lässt sich keine Gesetzmäßigkeit feststellen, mit der die Amplitude für eine Magnitudenbestimmung auf entrauschten Spuren korrigiert werden könnte.
Eine Magnitudenbestimmung sollte daher immer mit den Orginaldaten vorgenommen werden. Zu starkes Rauschen auf den Orginaldaten kann auch dabei die Magnitudenbestimmung negativ beeinflussen.
Die mit dem Denoiser erzeugten Spuren eignen sich aufgrund ihrer guten Reproduktion der Wellenform für das Bestimmen von Phaseneinsätzen, sind aber nicht zur Magnitudenbestimmung geeignet.

DMT

Mai 2024

Universität Münster

Karlsruher Institut für Technologie

Geologischer Dienst NRW

DMT

Januar 2024 (Talks from AG Seismologie and Project meeting 2023)

Universität Münster

At Münster, we search for more data to be used with the two programs that calculate attenuation, MURAT and QSEIS. The data availablility is small, making the region that can be resolved much smaller than anticipated.

Geologischer Dienst NRW

Ruhr Universität Bochum

Präsentation (AG Seismologie)

DMT

Karlsruher Institut für Technologie

Präsentation (AG Seismologie)

März 2023

Westfälische Wilhelms-Universität Münster

The work done by the WWU in the period 01-10-2022 - 31-12-2022 focused on collecting the available data from the parties involved, e.g. the Geologischer Dienst (GD), DMT, and open-access data retrievable trough available FDSN clients. Data received form the GD is a good addition to the open-access data and can be processed in the same way. Furthermore, some events occur in both the open-access as well as the GD set, increasing the coverage. The data presented by DMT stands out with respect to the other data, in the sense that it contains seismic linesurveys rather than waveforms from seismic stations. As such, it contains many receivers, but at relatively small distances to the sources, which in turn tend to be rather small as they are all induced explosions. Consequently, the DMT data will have to be processed separately, and the initial focus will be placed on retrieving Q-values (attenuation) on a larger scale using the GD and open-access waveforms. The total attenuation is the sum of scattering attenuation on the one hand, and intrinsic attenuation on the other. The method we propose to determine the attenuation, separating scattering and intrinsic, is Qopen (Eulenfeld and Wegler, 2016). Qopen is based on envelop inversion of the S-coda. This method has proven usefull for weak events (Eulenfeld et al., 2022), and has been applied in frequency ranges of 1 Hz and higher (Neuffer et al., 2021), comparable to the second to forth eigenfrequencies of windturbines (Eulenfeld and Wegler, 2016).

In addition to the preparation of the data, a rough start has been made on the numerical implementation of the viscoelastic wave equation in general, using the code of Martin and Komatitsch (2009), and adding the free surface formulation as proposed by (Zeng et al., 2012). For now however, determination of the attenuation has been prioritized over the numerical implementation at this point. Thus, further numerical implementation will be carried out when the attenuation determination is further along.

Following these updates, the project is on schedule concerning the initial work and time planning, and no changes with regards to the targets of the DBMISS project, nor the expected planning in meeting these targets have been made.

Geologischer Dienst NRW

Beim Geologischen Dienst (GD) soll der im Vorgängerprojekt entwickelte Filter zur Trennung von Erdbebensignal und Störsignal in der Praxis erprobt und in Zusammenarbeit mit der Ruhr-Universität Bochum weiterentwickelt werden. Dazu ist es erforderlich, die Filter in den Routineauswerteprozess einzubinden. Zu dem Zweck wird zurzeit das IT-System im GD umgestellt.
Der Filter wurde nach einer ersten Erprobung mit dem Projektpartner RUB auf einer neuen Linux-Maschine dauerhaft durch den GD installiert und eingerichtet. Erste Tests mit Archiv-Daten unter Verwendung des allgemeinen Noise-Modells wurden durchgeführt. Ein bekanntes Event wurde mit den gefilterten Daten ausgewertet. Die Lokalisierung lieferte gute Ergebnisse, allerdings ist die Magnitudenbestimmung bisher noch sehr ungenau. Hier muss der Filter in Zukunft noch optimiert werden.
Der Zugriff auf Echtzeit-Daten ist derzeit noch nicht möglich. Zu diesem Zweck wird die vorhandene IT-Infrastruktur optimiert. Hier sind Fragen der IT-Sicherheit zu klären und die Vorgaben für das Landesnetz NRW zu berücksichtigen.
Für das Training des Filters speziell auf die Stationen des GD werden derzeit Noise-Fenster geschnitten. Kurzfristig erfolgt das Training des Filters durch die RUB. Mittelfristig wird auch das Training durch den GD selbst erfolgen.

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) liegt der Fokus in der ersten Projektphase auf der Identifikation von geeigneten Standorten für die seismologische Messung der Bodenbewegungsemissionen von Windenergieanlagen, sowie der Absprache mit Anlagenbetreibern. Die erste Messkampagne wurde in Nordrhein-Westfalen bei Tönisvorst durchgeführt. Dabei wurden 11 seismische Messstationen auf einem Profil von 5,5 km Länge für den Zeitraum von 4 Wochen installiert. Das Profil ging von zwei 4 MW Windenergieanlagen aus und der Untergrund bestand aus unverfestigten tertiären Sedimenten. Mit der Auswertung der Profilmessung wurde begonnen und es wurden bestehende MATLAB-Skripte in Python umprogrammiert und angepasst. Die Skripte werden so programmiert, dass sie ebenfalls auf folgende Profilmessungen weitgehend automatisiert angewendet werden können.

Ruhr Universität Bochum

Der an der Ruhr-Universität Bochum entwickelte Filter wurde sowohl beim Geologischen Dienst NRW als auch bei der Firma DMT in Betrieb genommen. Durch die Praxiserprobung durch weitere Personen konnten schon etliche kleine Fehler behoben werden und auch die Anwendung ist intuitiver geworden. Noch treten Probleme im Bereich der Coda-Wellen auf, da diese z.T. im Trainingsprozess des Filters vernachlässigt worden sind. Hierzu wird das Training zeitnah überarbeitet. Des Weiteren wird derzeit ein Code entwickelt, der mit Hilfe maschinellen Lernens automatisch Erdbeben erkennt und diese auswertet. In Kombination mit dem Filter kann eine Datenbank erstellt werden, um herauszufinden wie viele neue Erdbeben nach Anwendung des Filters detektiert werden können und welchen genauen Einfluss dies auf die Magnitudenbestimmung hat. Dabei werden die vorhandenen Algorithmen zur automatischen Erdbeben Detektion Phasenassoziation in der Praxis erprobt und ebenfalls verbessert.

Der Quellcode ist unter https://github.com/JanisHe frei zugänglich.