Seismische Eigenschaften des Wiener Beckens

Die Modellierung von den seismischen Eigenschaften von tektonisch aktiven sedimentären Becken ist für die Lokalisierung von Rohstoffen sowie für die Einschätzung von Erdbebengefährdung besonders wichtig. Die Ausbreitung von seismischen Wellen wurden im Wiener Becken vor allem wegen der Kohlenwasserstoff Vorkommen und der Geothermie untersucht. Außerdem wurde das Wiener Becken historisch immer wieder von Erdbeben mittlerer Magnitude erschüttert, wobei im Pleistozän auch starke Erdbeben (Mw=6.3-7.0), welche für die Hauptstadt Wien von großer Gefahr sein könnten, geologisch bestimmt wurden. Beide Aufgaben, die Einschätzung von seismischer Gefährdung und die geologische Erkundung des Beckenuntergrunds stützen sich vor allem auf Modelle, welche auf der Interpretation von künstlichen seismischen Daten beruhen. Explorationsseismik mit künstlichen longitudinalen seismischen Wellen (P-Wellen) wurde z.B. erfolgreich angewandt um den Beckenuntergrund zu bestimmen. Andere wichtige seismische Eigenschaften, wie die Geschwindigkeiten von Scherwellen (S-Wellen) und die seismische Anisotropie sind im Wiener Becken hingegen weniger bekannt. Vor allem die Kenntnis über die Geschwindigkeit von S-Wellen in Sedimenten ist jedoch essentiell um die Erschütterung des Bodens durch Erdbeben zu modellieren. Andererseits ist die seismische Anisotropie, i.e. unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten in Abhängigkeit der Ausbreitungsrichtung, welche durch Sedimentzusammensetzung, Brüche oder Wassergehalt beeinflusst wird, wichtig für geothermische Exploration. Die eingeschränkte Kenntnis dieser Eigenschaften limitiert sowohl Exploration als auch die Einschätzung von Erdbebengefährdung. Klassischer Weise wird für die Exploration die Form des Sedimentkörpers durch unterschiedliche Methoden bestimmt. Geologische und geophysikalische Daten werden über die Kenntnis von P- Wellengeschwindigkeiten und die Tiefe des Beckenuntergrundes zusammengeführt. Allerdings vertrauen solche Studien auf die persönliche Erfahrung von Experten in der seismischen Interpretation, wobei sich hier Fehler nicht quantifizieren lassen. Anspruchsvollere Methoden, welche quantitativ unterschiedliche Datenquellen in ein kohärentes Beckenmodell integrieren wären hier von Vorteil. Das Ziel dieses Projektes ist es (a) S-Wellen Geschwindigkeiten und seismische Anisotropiekarten für das Wiener Becken zu bestimmen indem neu aufgenommene passive seismische Daten mit publizierten geologischen und geophysikalischen Daten integriert werden und (b) mit einem wahrscheinlichkeitstheoretischen Ansatz die Unsicherheiten über S-Wellen Geschwindigkeiten von wenigen isolierten Datenquellen im Wiener Becken abzuschätzen.

Das Projekt von Lise Meitner konzentrierte sich auf die Entwicklung eines neuen Algorithmus zur Bestimmung der physikalischen Eigenschaften der Sedimente im gesamten Wiener Becken. Die physikalischen Eigenschaften von Sedimenten sind ein entscheidender Faktor für (a) die Beurteilung des Erdbebenrisikos im Wiener Stadtgebiet; und (b) Ausbeuten von vergrabenen Georessourcen (z. B. Geothermie). Der neue Algorithmus nutzt die statistische Analyse, um verschiedene Modelle zu integrieren, die jeweils zu einer anderen Quelle gehören und eine einzelne physikalische Eigenschaft darstellen, und um sie in einem umfassenden multiparametrischen Modell zusammenzuführen. Gegenwärtig wurden drei verschiedene Modelle integriert: ein Modell der Gesteinselastizität, das durch passive natürliche Seismizität abgeleitet wurde, ein Modell der Untergrundstrukturen aus der Interpretation aktiver Seismik und ein Modell des Gesteinswiderstands, das durch magnetotellurische Daten abgeleitet wurde. Es hat sich gezeigt, dass der neue Algorithmus kohärente multiphysikalische Bilder eines Sedimentbeckens erzeugt. Der neue Algorithmus wurde auf nationalen (PanGEO 2018) und internationalen Konferenzen (EGU-Generalversammlung 2019) in der geophysikalisch-wissenschaftlichen Gemeinschaft vorgestellt.