Quelle Nummer 479
Rubrik 17 : ASTRONOMIE Unterrubrik 17.00 : ASTRONOMIE
GEODAESIE
WERNER ERNST
ERDBEBENVORHERSAGE. ZUSAMMENHANG ZWISCHEN GASKON-
ZENTRATION UND ERDBEBEN
GOLDMANN VERLAG MUENCHEN 1970, S. 48-
001 Ursachen der Gasmigration vor und nach den Erdbeben.
002 Der normale Bodengashaushalt ist im wesentlichen von den
003 gasabgebenden Tiefenmedien, der Tektonik und den Erdgezeiten
004 abhängig. Weitere Beeinflussungen ergeben sich durch die Art,
005 Mächtigkeit und Feuchtigkeit der Böden sowie durch bestimmte
006 Wettereinflüsse (Wind, Starkregen, Schneebedeckung). Keine
007 dieser endogenen Einwirkungen erhöhen die Bodengasgehalte um mehr
008 als einen Faktor von zwei. Keine dieser einwirkenden Faktoren
009 ruft außerdem einen derartig gleichmäßigen Gang der
010 Gaskonzentrierungen hervor, der alle anderen Gasschwankungen
011 überprägt. Ebenso ist es ziemlich ausgeschlossen, daß in
012 mehreren Sonden mit verschiedenen Standorten ein über mehrere
013 Tage dauernder übereinstimmender Verlauf der Gaskonzentrierung
014 vorkommt. Nach dem derzeitigen Stand der Untersuchungen müssen
015 deshalb auch endogene Einwirkungen auf die Bodengasverteilung
016 angenommen werden, die offensichtlich vor den Erdbeben alle anderen
017 Gasabhängigkeiten überprägen. Dafür scheinen insbesondere
018 tektonische Ereignisse infrage zu kommen. Solche Ereignisse
019 können bereits langsame Bewegungen entlang von Verwerfungsbahnen
020 sein. Im nördlichen Oberrheintal-Graben zwischen Worms und
021 Darmstadt werden ebenso wie im Steinkohlenabbaugebiet des
022 Niederrheins Schollenabsenkungen von mehreren Millimetern pro
023 Jahr gemessen. Es ist bei diesen in Förderung stehenden Öl
024 vorkommen oder Kohlevorkommen jedoch nicht leicht zu
025 entscheiden, ob es sich dabei um echte tektonische Bewegungen oder
026 nur um Senkungen der vom Lagerstätteninhalt befreiten Schichten
027 handelt. Echte tektonische Bewegungen sind dagegen an den
028 Verschiebungsflächen der San Andreas Fault in Kalifornien oder
029 an der großen nordanatolischen Horizontalverschiebung in der
030 Türkei (KETIN 1969) festzustellen. In diesen Fällen sind
031 es vorwiegend horizontale Bewegungen von Tiefenschollen entlang von
032 mehr oder weniger steil stehenden Verwerfungsbahnen. An diese
033 Linien sind viele Epizentren der Erdbeben gebunden. Auch für
034 das Gebiet der westlichen Schwäbischen Alb liegen nach
035 SCHNEIDER (1968) Horizontalverschiebungen vor, die das
036 dortige Epizentralgebiet in Süd-Nord-Richtung tangieren.
037 Unsere Geländegasmessungen wurden deshalb auf zwei derartige
038 Verwerfungen angesetzt. Die ersten Untersuchungsprofile galten
039 einer Linie, die westlich von Onstmettingen und Tailfingen dem
040 Hauptverbreitungsgebiet der Erdbebenepizentren folgt. Die Lage
041 der Epizentren wurde der Arbeit von SCHNEIDER (1968)
042 entnommen. Die weitere Ausrichtung der Untersuchungsstrecken
043 erfolgte nach der auffälligen Umbiegung der südlichen
044 Randverwerfung des Hohenzollern-Grabens aus einer NW-
045 Richtung in eine NNW-Richtung, die nach ca. 200
046 m wieder in das alte Streichen des Hohenzollern-Grabens
047 übergeht. Diese Umbiegung der Randverwerfung könnte die Folge
048 einer dort ansetzenden, nach Norden gerichteten Bewegung der
049 gesuchten Horizontalverschiebung sein (Abb. 23). Bekanntlich
050 prägen sich Horizontalschübe nicht immer sehr deutlich in der
051 Morphologie des betroffenen Gebietes aus, insbesondere wenn es
052 sich um eine von dichten und teilweise sogar verschwammten Kalken
053 des Weißjura *yb aufgebaute Hochfläche handelt. In solchen
054 Fällen können Bodengasmessungen wohl entscheidende Hinweise auf
055 die Lage der Verwerfungsbahnen geben. In der Abb. 24 ist der
056 ermittelte Gasverlauf entlang der Meßprofile dargestellt worden.
057 Diese Profile verlaufen quer zur Richtung der angenommenen
058 Horizontalverschiebung. Sie wurden wie auf der Karte in einer
059 Reihenfolge von Norden nach Süden dargestellt. Die
060 Gasmessungen erfolgten in der Zeit vom 30.Juni bis zum 20.
061 Oktober 1969. Sie fielen in eine Zeit, wo in den Sonden
062 Kilchberg und Bebenhausen nach dem Erdbeben E eine abfallende
063 Gastendenz zu erkennen war (Abb. 17). Dieser Verlauf wurde
064 in der Abb. 24 auf der linken Bildseite nochmals dargestellt und
065 auch in Beziehung gesetzt zu stationären Messungen auf der
066 Schwäbischen Alb, die dort während der Störungsmessungen
067 vorgenommen wurden (Spalte B). Aus dieser Abbildung ist sehr
068 anschaulich ersichtlich, daß auch die Gasgehalte im Meßgebiet
069 der Schwäbischen Alb allmählich übereinstimmend mit den weiter
070 nördlich gelegenen Stationen Kilchberg und Bebenhausen abnehmen.
071 Das Profil 1 der Abb. 24 liegt nördlich der südlichen
072 Randverwerfung inmitten des Hohenzollern-Grabens südlich des
073 Raichbergs (- die Lage der einzelnen Profile geht aus der Abb.
074 23 hervor). Als dieses Profil am 25.September gemessen
075 wurde, waren die Methan-Gehalte im näheren Umkreis der
076 Schwäbischen Alb schon sehr niedrig. Um so stärker
077 kontrastieren die Gasgehalte des Profiles 2, die bereits zuvor am
078 30.Juni 1960 gemessen wurden. Die anschließend dargestellten
079 Gasprofile beziehen sich etwa auf die Zeittafel am linken Rand der
080 Abb. 24. Daraus geht besonders für die letzten Profile 8 und
081 9 hervor, daß sie in einer Zeit allgemein niedriger Gasgehalte
082 gemessen wurden. (Abb.) Dargestellt wurden in der Abb. 24 Methan
083 *tkGehalte und Kohlendioxid-Gehalte. Die
084 Meßpunktabstände betragen in der Regel 25 Meter. Die
085 Profillängen richteten sich nach den einzelnen Meßstadien. Die
086 ersten Profile in einem unbekannten Arbeitsgebiet sind als
087 Suchprofile noch relativ lang. Die weiteren Profile können,
088 nachdem bereits Störungspeaks in vorangegangenen Meßlinien
089 ermittelt wurden, in der Länge reduziert werden. Als
090 Störungspeaks wurden die auf engem Raum über den Durchschnitt
091 hinausgehenden Methan-Gehalte und Kohlendioxid-
092 Gehalte bewertet. In der Abb. 24 gehen solche Störungspeaks
093 besonders aus den Profilen 3, 4, 5, 6 und 9 hervor. Im
094 einzelnen ergaben die Messungen im Hohenzollern-Graben
095 (Profil 1) zwei Störungsanzeichen, die sich dort insbesondere in
096 den Kohlendioxid-Gehalten abzeichnen. Die südliche
097 Randstörung des Hohenzollern-Grabens selbst ist zwischen dem
098 Zollernsteighof und Onstmettingen bereits einige Wochen vor der
099 Messung des Profils 1 anhand der Gasgehalte ermittelt worden.
100 Die erhaltenen Meßwerte stimmen in der Lage mit der in der
101 Geologischen Karte 1:25000 (Blatt Thanheim)
102 eingezeichneten Störungslinie überein. Die Werte der
103 Störungspeaks erreichten dort bis 2 % Methan und über 6 %
104 Kohlendioxid. Die Profile 2 und 3 sind verkürzt dargestellt
105 worden (- ihre westlichen Meßabschnitte mußten aus
106 Platzgründen ausgelassen werden). Beim Profil 2 ist ein
107 deutlicher Störungspeak auf der westlichen Seite ausgebildet.
108 Die von ihm angezeigte Unstetigkeit im Untergrund fällt mit der
109 in der Geologischen Karte 1:200000 von Baden-Würtemberg,
110 Blatt 3 (SW) eingetragenen Schmiecha-Störung zusammen,
111 die westlich von Onstmettingen parallel zum Hohenzollern-
112 Graben verläuft. Der westlich anschließende Teil des Profils
113 weist höhere Methan-Gehalte auf, die in der Abb. 24 aus
114 Platzgründen ausgelassen werden mußten. Die östlich angrenzende
115 Scholle hat allmählich abnehmende Methan-Werte. Dieses
116 Verteilungsbild steht im Einklang mit dem Störungseinfallen nach
117 Osten. Die Tiefscholle auf der östlichen Seite ist
118 dementsprechend ärmer an Methan. Ein paralleles, etwa um 100 m
119 nach Süden versetztes Stichprofil hat einen gut übereinstimmenden
120 Gang in den Methan-Werten und Kohlendioxid-
121 Werten zum Hauptprofil erbracht. Das deutliche Absetzen der
122 Methan-Gehalte und Kohlendioxid-Gehalte nach
123 Osten und ein sich auf engem Raum abzeichnender Kohlendioxid-
124 Peak waren der Anlaß für eine Einstufung der angenommenen
125 Horizontalverschiebung an dieser Stelle. Damit stimmt auch die
126 Lage der umbiegenden Südrandverwerfung des Hohenzollern-
127 Grabens überein, die nur wenige hundert Meter von dieser Stelle
128 im Norden liegt. Besser als im Profil 2 kommt der Peak der
129 Horizontalverschiebung im Meßgebiet 3 heraus. Er zeichnet sich
130 durch einen sehr hohen Methan-Gehalt (knapp 2 %) aus.
131 Auch die Kohlendioxid-Spitze ist mit mehr als 6 % die
132 höchste dieses Meßprofils. Dieser Meßpunkt (nach alter
133 Profilberechnung 4 (math.Op.) 17) zählt ebenso wie der weiter westlich
134 anschließende in diesem Profil nicht mehr dargestellte Punkt 4 (math.Op.)
135 11 zu den Vergleichsmeßpunkten, die stationär während der
136 Meßarbeiten auf der Schwäbischen Alb betrieben wurden. Das
137 Profil 3 verlief in ca. 850 m Höhe auf der Hochfläche des
138 Heuberges zwischen dem Schmiecha-Tal (Profil 2) und einem
139 kleineren Seitentälchen (Profil 4) südlich davon. Auch im
140 Profil 4 ging die Horizontalverschiebung deutlich anhand des
141 Störungspeaks hervor. Ab Profil 5 ist eine Aufspaltung der
142 Störung nicht mehr auszuschließen. Diese Auftrennung wird
143 insbesondere im Profil 6 angezeigt, das auf der Hochfläche
144 westlich von Tailfingen zwei Gasmaxima mit dazwischen liegenden
145 hohen Gasanzeigen enthält. Leider fehlen dort die Kohlendioxid
146 -Messungen, weil die Prüfröhrchen nicht schnell genug
147 nachgeliefert werden konnten. Die Profile 8 und 9 wurden
148 wesentlich später als die vorangegangenen Meßbereiche untersucht.
149 Ihre Gasgehalte waren entsprechend zum allgemeinen Gasabfall
150 während dieser Zeit bereits niedrig. Diese südlichen
151 Profilstrecken zeigen aber nochmals deutlich die beiden Gaspeaks,
152 die zur Annahme einer Aufspaltung der Störung geführt haben.
153 Der Verlauf der auskartierten Horizontalverwerfung ist zusammen
154 mit ihrer südlichen Aufspaltung in der Abb. 23 eingetragen
155 worden. Die ermittelte Liste ist fast linear und nach Norden
156 gerichtet, was die Annahme einer Störung in diesem Gebiet
157 erhärtet. Diese Störung zielt direkt auf die Umbiegung des
158 Hohenzollern-Grabens westlich von Onstmettingen und ist von
159 dort bis in den Grabenbereich selbst zu verfolgen. Daraus kann
160 vielleicht abgeleitet werden, daß die ältere südliche
161 Randverwerfung um mehr als 200 m nach NNE versetzt worden ist.
162 Im wesentlichen erscheint die Westscholle relativ zur Ostscholle
163 verschoben. Wie die Abb. 25 zeigt, kann man die mit Hilfe von
164 Bodengasen ermittelte Störungslinie von der Position 1 im Süden
165 bis zur Position 2 im Norden verlängern. Insbesondere fallen in
166 der nördlichen Verlängerung dieser Störungen die Umbiegungen
167 der NW-gerichteten Schönbuch-Störungen auf. (Abb.) Es
168 handelt sich dabei um ähnliche Versetzungsbeträge wie beim
169 Hohenzollern-Graben, wobei beachtet werden muß, daß solche
170 Umbiegungen nicht genau der Nordrichtung der Horizontalverwerfung
171 zu entsprechen brauchen. Die Horizontalverschiebung quert die
172 auffällige Einmuldung zwischen dem Pfaffenberg und der Wurmlinger
173 Kapelle bei Tübingen und folgt dem weit nach Norden
174 zurückspringenden Stubensandstein-Rand des Schönbuchs
175 zwischen Pfäffingen und Entringen. Es scheint so, als wäre die
176 Störung in ihrem projektierten Verlauf an der Grenze zwischen
177 härteren und weicheren Gesteinskomplexen (z.B. Flut
178 wasserfazies und Stillwasserfazies des Schilfsandsteins)
179 morphologisch wirksam gewesen. Eine Erklärung für einen
180 Zusammenhang zwischen Gaskonzentrierungen und den Erdbeben ist
181 damit aber noch nicht gegeben. Die erkundete Störung mit ihrer
182 vermuteten Nordversetzung berührt in keiner Weise die
183 Gasmeßstationen in Kilchberg und Bebenhausen, sondern muß 4,
184 5 Kilometer westlich davon angenommen werden. Darum wurde
185 eine weitere Gasmessung auf eine Störung angesetzt, die
186 vermutlich östlich von Tailfingen im Bereich von Neuweiler
187 ebenfalls eine Umbiegung des Hohenzollern-Grabens bewirkt
188 haben könnte. Die Gaskurven dieser Messungen sind nicht
189 aufgetragen worden. Die aus den Gasmessungen sich abzeichnenden
190 Störungsbahnen wurden jedoch in der Abb. 23 dargestellt.
191 Danach schneidet die dort auskartierte Verwerfung den Hohenzollern
192 -Graben in einer Position, in der die Geologische
193 Manuskriptkarte von Ebingen im Maßstab 1:25000 (nach
194 GRÜNVOGEL, ROLL, LEMKE) ein NW-Umbiegen
195 insbesondere der nördlichen Randverwerfung anzeigt. Es handelt
196 sich bei der übermessenen Störung nicht nur um eine
197 Verwerfungsbahn, sondern um zwei sehr nahe beeinanderleigende und
198 parallel zueinander verlaufende Störungen, die mehr oder weniger
199 den Umbiegungstrakt der nördlichen Randverwerfung begrenzen. Die
200 Verbiegung dieser sonst regelmäßig verlaufenden Grabenzone ist
201 vermutlich ebenfalls eine Folge einer Horizontalverschiebung.
202 Wichtig ist dabei, daß durch diese Gasmessungen auch direkte
203 Anzeichen für eine Fortsetzung der Störung nördlich des Hohen
204 -Zollern-Grabens gefunden wurden. Südlich des
205 Hohenzollern-Grabens tangiert diese Linie ebenfalls einige
206 Epizentralbereiche sowie fast linear angeordnete Erdfälle. In
207 der südlichen Verlängerung dieser vermuteten Störung fällt eine
208 nach Süden abgelenkte Donauschleife (3 in Abb. 25). Die
209 nördliche Verlängerung verläuft am Weißjura-Rand der
210 Schwäbischen Alb östlich von Hechingen und trifft im Schönbuch
211 ebenfalls wieder auf Verbiegungen der sonst nach NW streichenden
212 Störungen (4 in Abb. 25). Diese Linie liegt in der Nähe
213 der Meßstationen Kilchberg und Bebenhausen (südwestlich und
214 nordwestlich von Tübingen). Da Verwerfungen nach den
215 vorangegangenen Ausführungen für Gase ganz besonders durchlässig
216 sind, können die den Erdbeben vorangegangenen Gasbewegungen gut
217 entlang dieser Störung erfolgt sein. Als Ursache solcher
218 Gasmigrationen kommen in erster Linie Bewegungen der an den
219 Störungen grenzenden Schollen in Frage. SCHNEIDER
220 (1968) nimmt in Übereinstimmung mit älteren Autoren
221 Horizontalbewegungen entlang der nach N bzw. nach NNE
222 gerichteten Störungen an. Darauf deutet auch das tektonische
223 Bild mit den Umbiegungen der älter angelegten Störungen.
224 Schließlich ist auch die Häufung der Epizentren entlang solcher
225 Störungslinien ein Hinweis auf eine noch nicht abgeklungene
226 Bewegung. Bei diesen sehr langsamen, im Jahr sicher nicht mehr
227 als 2 mm betragenden Bewegungen kann infolge der Reibung aneinander
228 gleitender Schollen eingeschlossenes Gas aus den bituminösen
229 Schichten des Jura (- und auch vom Keuper und Muschelkalk)
230 freigesetzt werden. Vom Steinkohlenbergbau sind außerordentlich
231 große Grubengasmengen bekannt, die selbst bei einer abbaubedingten
232 Senkung des Gebirges von nur wenigen mm im Jahr frei werden
233 (interne Berichte des Gasforschungsprogramms der Saarbergwerke AG).
234 Natürlich sind diese Verhältnisse mit den besonders
235 gasreichen Kohlen nicht ohne weiteres auf bituminöse Schichten
236 übertragbar. Immerhin ergeben überschlägige Rechnungen, daß
237 100 m mächtige bituminöse Schichten bei Bewegungen entlang einer
238 25 km langen Störungsfläche (= Querschnitt Schwäbische Alb
239 zwischen Hechingen und Sigmaringen) im Jahr 1250000 m (Formel) Gas
240 abgeben können. Zu den bituminösen Schichten wurden die
241 Ölschiefer des Lias *ya (Formel) und *ye, der Opalinus-Ton sowie
242 untere Weißjura-Kalke gerechnet und ihre Mächtigkeiten
243 addiert. Die Gasabgabe solcher Schichten wurde mit 10 ml auf 100
244 cm (Formel) G bewußt sehr niedrig kalkuliert. Die angegebenen
245 Schichten enthalten im Schnitt 33 % Methan (nach
246 Desorptionsanalysen), so daß im Jahr rund 417000 m (Formel) Methan
247 oder 1163 m (Formel) CH (Formel) am Tag anfallen müßten. Dieser Betrag
248 dürfte in Wirklichkeit noch größer sein, da sich die Bewegungen
249 nicht nur auf eine Bahn, sondern in Störungsnähe auf mehrere
250 Flächen verteilen. Das bedeutet mit anderen Worten: es bewegen
251 sich nicht starre Blöcke an nur einer Bahn, sondern viele
252 Scheiben entlang mehrerer Störungsflächen. Natürlich nimmt
253 dabei die Reibung mit zunehmender Entfernung von der Hauptstörung,
254 wo die Schollen noch am leichtesten aneinander vorbei gleiten
255 können, zu. Andererseits vermindern sich auch die anfallenden
256 Gase wieder um die Menge, die sekundär bei ihrer Migration im
257 Störungsbereich an Tonminerale, organische Substanzen und an die
258 Wasserphase der Poren gebunden werden. Die verbleibenden freien
259 Gasmengen dürften aber noch groß genug sein, um die normale auf
260 Erdgezeiten oder Tiefenentgasung beruhende Migration um einen
261 Faktor 2 zu übertreffen. Die aus den tektonischen Bewegungen
262 abzuleitenden Mengen machen demnach keine Schwierigkeiten. Wie
263 verhält es sich aber mit der Geschwindigkeit der Gasmigration
264 entlang solcher Störungsbahnen? Die Migration in den
265 Störungen ist, wie wir bereits wissen, erheblich schneller als in
266 ungestörten Schichten. Da von den tektonischen Bewegungen alle
267 Tiefenstockwerke fast gleichzeitig erfaßt werden, dürfte es aber
268 belanglos sein, welche Zeit die etwa aus der größten Tiefe
269 herkommenden Gase bis zur Oberfläche brauchen. Wir können
270 vielmehr damit rechnen, daß die oberflächennahen gelösten Gase
271 sehr schnell in die Meßsonden gelangen können und dort
272 Informationen über die ablaufenden tektonischen Bewegungen
273 vermitteln. Die Sonde Bebenhausen scheint dabei störungsnäher
274 als die Sonde Kilchberg zu sein, da sie im Durchschnitt mehr
275 Methan aufweist. Beide Stationen müssen wiederum in einem
276 gleichen Störungsbereich liegen, weil sonst der übereinstimmende
277 Verlauf der Gasverteilung nicht möglich wäre.
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