Nghiên cứu địa chấn về các trận động đất vi mô nông và yếu trong khu vực đô thị thành phố Hamburg, Đức, và mối liên hệ tiềm năng với sự hòa tan muối

Springer Science and Business Media LLC - 2011
Torsten Dahm1, Sebastian Heimann1, Wilhelm Bialowons2
1Institute for Geophysics, University of Hamburg, Hamburg, Germany
2Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Hamburg, Germany

Tóm tắt

Vào đêm từ 8/9 tháng 4 năm 2009, ngay sau nửa đêm vào thứ Năm tuần Thánh trước lễ Phục Sinh, nhiều người dân ở Gross Flottbek, Hamburg, đã cảm nhận những chấn động từ mặt đất mạnh bất thường khiến một số người phải rời khỏi nhà vì lo sợ động đất. Cảnh sát và lực lượng cứu hỏa đã nhận nhiều cuộc gọi từ cư dân lo lắng. Vài ngày sau, các trang web đã được công bố, nơi mọi người báo cáo các quan sát của họ. Vào ngày 21 tháng 4 năm 2009, vào khoảng 8 giờ tối theo giờ địa phương, một sự kiện chấn động mặt đất thứ hai được cảm nhận. Theo kiến thức của chúng tôi, không có thiệt hại cho các tòa nhà hoặc cơ sở hạ tầng. Viện Địa vật lý, Đại học Hamburg, đã lắp đặt ba trạm địa chấn tạm thời trong khu vực trung tâm từ ngày 22 tháng 4 đến 17 tháng 5 năm 2009. Dữ liệu địa chấn học từ hai trạm gần đó tại Trung tâm Đồng bộ Điện tử Đức cách 1 km và Viện Địa vật lý cách 7 km đã được thu thập và tích hợp vào mạng tạm thời. Các sự kiện xảy ra trên nóc của diapir muối nông Othmarschen Langenfelde, trong một khu vực nổi tiếng với hiện tượng lún đất hoạt động và những sự kiện chấn động mặt đất lịch sử trước đó. Phân tích dữ liệu địa chấn cho thấy ba trận động đất vi mô nông đã xảy ra từ 8 đến 21 tháng 4 với độ sâu khoảng 100 m, trận lớn nhất có độ lớn khoảng M_W 0.6. Việc xác định độ sâu của các sự kiện nông như vậy là khó khăn với các phương pháp chuẩn và ở đây được giám sát bởi mô hình hóa dạng sóng của các sóng bề mặt. Các trận động đất xảy ra trong các trầm tích mềm trong 100 m đầu tiên là hiện tượng hiếm gặp và không thể giải thích bằng các mô hình tiêu chuẩn. Quá trình đứt gãy trong các trầm tích mềm khác với những đứt gãy trong đá chắc hơn. Chúng tôi thảo luận về cơ chế đứt gãy và nguồn gốc của các sự kiện này trong bối cảnh những cú sốc lịch sử trước đó và các dữ liệu về lún đất và biến dạng hiện có. Mặc dù sự kiện này yếu, nhưng thời gian đứt gãy kéo dài 0.3 giây là rất bất thường. Ba mô hình khả thi cho việc sinh ra các sự kiện chấn động mặt đất lặp lại ở Gross Flottbek đã được phát triển và thảo luận, cho thấy những mối nguy hoàn toàn khác nhau đối với lún đất, chuyển động mặt đất và sự hình thành hố sụt. Mô hình được ưa chuộng của chúng tôi cho rằng sự cố sập mái xảy ra trong một khoang đất hiện có ngay dưới tâm động đất ở độ sâu khoảng 100 m. Các mô hình khác mang lại mối nguy địa chất nhỏ hơn không thể bị bác bỏ với dữ liệu hiện có, nhưng các thí nghiệm địa vật lý trong tương lai có thể được lên kế hoạch để giải quyết câu hỏi này.

Từ khóa

#động đất vi mô #địa chấn học #lún đất #khu vực đô thị #hòa tan muối

Tài liệu tham khảo

Aktison G, Kaka S (2007) Relationship between felt intensity and intrumental ground motion in the Central United States and California. Bull Seism Soc Am 97:497–510

Baldschuh R, Fritsch U, Kockel F (2001) The basement block pattern in Northwest Germany. In: Baldschuh R, Binot F, Fleig S, Kockel F (eds) Geotektonischer Atlas von Nordwest-Deutschland und dem deutschen Nordsee-Sektor, cartographic map, 1:500000, Schweitzerbart

Benito G, del Campo P, Gutierrez-Elorza M, Sancho C (1995) Natural and human-induced sinkholes in gypsum terrain and associated environmental problems in NE Spain. Env Geol 25:156–164

Bertoni C, Cartwright J (2005) 3D seismic analysis of circular evaporite dissolution structures, Eastern Mediterranean. Journal Geological Society, London 162:909–926

Buurman N (2010) Zirkular-Strukturen in der Metropolregion Hamburg und ihre potenziellen Geogefahren. PhD thesis, Geologisch-Pal. Institut, University of Hamburg

Cesca S, Heimann S, Stammler K, Dahm T (2010) Automated procedure for point and kinematic source inversion at regional distances. J Geophys Res 115:B06304. doi:10.1029/2009JB006450

Dahm T, Krüger F, Stammler K, Klinge K, Kind R, Wylegalla K, Grasso J (2007) The m w = 4.4 Rotenburg, Northern Germany, earthquake and its possible relationship with gas recovery. Bull Seism Soc Am 97(10.1785/0120050149):691–704

Dahm T, Kühn D, Ohrnberger M, Kröger J, Wiederhold H, Reuther C, Dehghani A, Scherbaum F (2010) Combining geophysical data sets to study the dynamics of shallow evaporites in urban environments: application to Hamburg, Germany. Geophys J Int 181(10.1111/j.365-246X.2010.04521.x):154–172

Eliasen A, Talbot M (2005) Solution-collapse breccias of the Minkinfjellet and Wordiekammen formations, Central Spitsbergen, Svalbard: a large gypsum palaeokarst system. Sedimentology 52:775–794

Epstein J (2001) Hydrology, hazard and geomorphical development of gypsum karst in the Northern Black Hills, South Dakota and Wyoming. In: US geological survey karst interest group proceedings, water-resources investigations report 01-4011, pp 30–37

Grube F (1970) Baugeologie der Lockergesteine im weiten Hamburger Raum. In: Mitt. Nr. 69, Geologisches Landesamt Hamburg. Grundbau Taschenbuch Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin, pp 109–160

Grube F (1973) Ingenieurgeologische Erkundung der Erdfälle im Bereich des Salzstocks Othmarschen-Langenfelde (Hamburg). Report, Geol. Landesamt Hamburg

Grube F (1974) Experiences of engineering geology on the top of the saltdome Othmarschen-Langenfelde (Hamburg). In: Engineering geology, vol T47, B1-B7. Engineering geology Hannover-Essen, Geology symposium international association

Hamm F (1956) Naturkundliche Chronik Nordwestdeutschlands. Landbuch Verlag, Hannover

Heimann S (2011) A robust method to estimate kinematic earthquake source parameter. PhD thesis, University of Hamburg, MIN Faculty, Institute of Geophysics, 151 pp

Johnson K (2008) Gypsum-karst problems in constructing dams in the USA. Environ Geol 53:945–950. doi:10.1007/s00245-007-0720-z

Klinge H, Köthe A, Ludwig R-R, Zwirner R (2002) Geologie und Hydrogeologie des Deckgebirges über dem Salzstock Gorleben. Z Angew Geol 2:7–15

Koch E (1918) Der Bahrenfelder See. In: Beiheft zum Jahrbuch der Hamburgischen Wissenschaftlichen Anstalten XXXV 1917. Mitteilungen aus dem Mineralogisch-Geologischen Institut in Hamburg, Otto Miessners Verlag, Hamburg, pp 1–44

Koch E (1938) Aufbau des tieferen Untergrundes im weiteren Umkreis der geplanten Elbhochbrücke mit einer Karte 1:25000. In: unveröff. Gutachten vom 10.07.1938, Archiv GLA. Geologisches Landesamt Hamburg

Krüger F, Klinge K (2002) The 1996 Teutschenthal Potash Mine Collapse: an unusual event with an unusual mechanism. In: Korn M (ed) Ten years of German regional seismic network (GRSN). Senate commission for geoscience, pp 206–210

Kühn D, Dahm T, Ohrnberger M, Vollmer D (2011) Imaging a shallow salt diapir using ambient seismic vibrations beneath the densely built-up city area of Hamburg, Northern Germany. J Seismol (revised)

Land L (2009) Anthopogenic sinkholes in the Delaware basin region: West Texas and Southeastern New Mexico. WTGS Bull 48(6):10–22

Leydecker G (1986) Erdbebenkatalog für die Bundesrepublik Deutschland mit Ranbieten für die Jahre 1000-1981. Geol. Jb, E36

Leydecker G (1998) Earthquake catalogue for the Federal Republic of Germany and Adjacent Areas for the Years 800-2004. Federal Institute for Geoscience and Natural Resources, Stilleweg 2, 30566 Hannover, Germany, pp 35–37

Loucks R, Mescher P, McMechan G (2004) Three-dimensional architecture of a collapsed-paleocave system in the Lower Ordovician Ellenburger Group, central Texas. AAPG Bull 88:545–564

Malovichko D, Dyagilev R, Shulakov DY, Butyrin P (2009) Seismic monitoring of large-scale karst processes in a potash mine. In: Tang C (eds) Controlling seismic hazard and sustainable development of deep mines, vol 2. Rinton Press, New York, pp 989–1002

Mavko G, Mukerji T, Dvorkin J (2003) The rock physics handbook: tools for analysis in porous media. Cambridge University Press, Cambridge, UK, 325 pp

McDonnell A, Loucks R, Dooley T (2007) Quantifying the origin and geometry of circular sag structures in northen Fort Worth Basin, Texas: paleocave collapse, pull-apart fault systems, or hydrothermal alteration?. AAPG Bull 91:1295–1318

Neunhöfer H (1967) Statistische Gesetzmässigkeiten der zeitlichen Verteilung sowie des Energie-Häufigkeits-Zusammenhanges von Gebirgsschlägen und die Möglichkeiten einer statistischen Gebirgsschlagsprognose. Akademi Verlag Berlin, Veröffentlichungen des Instituts für Geodynamik Jena 11:1–79

Neunhöfer H (1997) Überwachung nichttektonischer Erderschütterungen in Mittel-/Ostdeutschland mit lokalen seismischen Stationen. In: Neunhöfer H, Börngen M, Junge A, Schweitzer J (eds) Zur Geschichte der Geophysik in Deutschland. Jubiläumsschrift, Deutsche Geophysikalische Gesellschaft 1922–1997, pp 201–206

Niedermayer J (1962) Die geologischen Verhältnisse im Bereich des Salzstocks von Hamburg-Langenfelde. Mitteilung Geol Landesamt Hamburg 39:167–175

Ottenmöller L, Nielsen H, Atakan K, Braunmiller J, Havskov J (2005) The 7 May 2001 induced seismic event in the Ekofisk oil field, North Sea. J Geophys Res B10301. doi:10.1029/2004JB003374

Paluska A (2002) Geologische Stellungnahme zum Bebauungs-Planentwurf Gross Flottbek 10 (Osdorfer Marktplatz). Report A.z. 2002–33, Geol. Landesamt Hamburg, pp 1–76

Parise M, Trocino A (2005) Gypsum carst in the Crotone Province (Calabrioa, Southern Italy). Acta Carsol 34(2):370–382

Reinhold K, Krull P, Kockel F (2008) Salzstrukturen Norddeutschlands: geologische Karte 1:50000. Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Hannover

Reuther C, Buurman N, Kühn D, Ohrnberger M, Dahm T, Scherbaum F (2007) Erkundung des unterirdischen Raums der Metropolregion Hamburg—Das Projekt HADU (Hamburg—A dynamic underground). Geotechnik 30:11–20

Schäfers P, Trapp T (2007) Gutachten Bericht Nr. 3—Kurzfassung: Senkungsstruktur Ochtmisser Kirchsteig in Lüneburg. Report, CDM consult GmBH, D-44793 Bochum, Stadt Lüneburg, project no 57053

Schmidt C (1963) Erdbeben in Hamburg-Gross-Flottbek im Januar 1963. Report, Baubehörde Hamburg

Sieberg A (1932) Erdbebengeographie. In: Gutenberg B (eds) Handbuch der Geophysik IV. Bornträger, Berlin, pp 688–1005

Sieberg A (1940) Beiträge zum Erdbebenkatalog Deutschlands und angrenzender Gebiete für die Jahre 58 bis 1799. Reichsverlagsamt Berlin, pp 1–195

Soriano M, Simon J (1995) Alluvial dolines in the Central Ebro basin, Spain: a spatial and developmental hazard analysis. Geomorphology 11:295–309

Soriano M, Simon J (2002) Subsidence rates and urban damages in alluvial dolines of Central Ebro basin (NE Spain). Environ Geol 42:467–484

Tharp T (1999) Mechanism of upward propagation of cover-collpase sinkholes. Eng Geol 53:23–33

Tharp T (2003) Cover-collapse sinkhole formation and soil plasticity. American social civil engineers geotechnical special publication 122, pp 110–123

Toulemont M (1985) Les risques d’instabilite lies au karst gypseux lutetien de la region parisienne. Bulletin liason Laboratoires Ponts et Chaussees 150(151):109–116

Walter M, Joswig M (2008) Seismic monitoring of fracture processes from a creeping landslide in the Vorarlberg Alps. First Break 26:131–135

Walter M, Joswig M (2009) Seismic characterisation od slope dynamics by softrock-landslides: the super-Sauze case study. In: Malet J-P, Remaitre A, Boogard T (ed) Proceedings of the international conference on landslide processes: from geomorphologic mapping to dynamic modelling. CERG Editions, Strasbourg, pp 215–220

Waltham T, Bell F, Culshaw M (2005) Sinkholes and subsidence. Springer, New York

Wang R (1999) A simple orthonormalizing method for stable and efficient computations of Green functions. Bull Seism Soc Am 89:733–741

Warren (2006) Evaporites—-sediments, resources and hydrocarbons. Springer, Dordrecht, 1035 pp

Wust-Bloch G, Joswig M (2006) Pre-collapse identification of sinkholes in unconsolidated media at dead sea area by “nanoseismic monitoring” (graphical jackknife location of weak sources by few, low-snr records). Geophys J Int 167:1220–1232. doi:10.1111/j.1365-264X.2006.03083.x

Thông tin
Thông tin xuất bản

Springer Science and Business Media LLC

Thông tin tác giả