Felssturzmonitoring (Mikroseismisches Früherkennungssystem für Fels- und Bergstürze)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 526.02.16

Schlüsselwörter (Deutsch)

Felssturz, Bergsturz, Mikroseismizität, Bruchbildung, Seismometer

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Bergregionen werden regelmässig von Felsstürzen heimgesucht. Das Früherkennungssystem zielt darauf ab, erste Spaltvorgänge im Fels zu erkennen und zu lokalisieren. Damit lassen sich grossflächig, frühzeitig und zielgenau potentielle Gefahrenherde für Fels- und Bergstürze lokalisieren. Im Gegensatz zu bestehenden Messsystemen sind keine feststellbaren Massenbewegungen notwendig.

Zu diesem Zweck wird das Monitoring-System aus dem Tiefengeothermie-Projekt in Basel für die neue Anwendung weiterentwickelt. Dazu müssen insbesondere Störsignale ausgeschieden und Bruchhäufungen an der Oberfläche mit hoher Auflösung und tiefster Detektionsschwelle festgestellt werden können. Mittels hochsensibler Seismometer werden kleinste seismische Ereignisse (Mikroseismizität) gemessen. Dafür werden in einer potentiellen Gefahrenzone aufgrund einer Modellierung von Geländedaten auf einer Fläche von ca. 2x4 km die Standorte der Messstationen festgelegt. Bei jeder Messstation werden ein oder mehrere Seismographen installiert. Die Messdaten werden mit spezieller Software ausgewertet und visualisiert. Eine Häufung von Kleinstereignissen deutet auf einen hot spot einer aktiven Zone von Bruchbildung hin, der anschliessend mit Hilfe von geologischen Methoden von einem Spezialisten genauer untersucht werden muss.

 

Das Projekt wurde aufgrund des Beitragsgesuchs vom 13.05.2015 an der Sitzung der Koko UT vom 18.06.2015 genehmigt.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Das Messsystem bestehend aus Messstationen mit Fernübertragung und Seismometern wurde im Feld und Labor auf seine Funktionstauglichkeit überprüft und anschliessend zusammen mit einer eigenen Meteostation an den vorweg modellierten Standorten installiert. Für das Geschwindigkeitsmodell sind die Oberflächengeschwindigkeiten mittels Refraktionsseismik bestimmt. Eine Masterarbeit zur Beschreibung der strukturellen Grundlagen (Strukturgeologie, Bruchprozesse, Felssturzgefahr im Projektgebiet) ist initiiert. MS 1

    

2. Das System wurde während 24 Monaten betrieben und getestet. In dieser Zeit wurden die nötigen technischen Verbesserungen vorgenommen, die Software weiterentwickelt und die Qualität und Quantität der gemessenen Daten überprüft und verbessert (Triggerschwelle, minimiertes Hintergrundrauschen, Korrelation mit Sekundärdaten wie Wetterdaten, Übereinstimmung der detektierten hot spots mit geologischen Untersuchungen im Feld). Die Ergebnisse sind in einem Zwischenbericht jeweils am Ende der beiden Versuchsjahre festzuhalten. MS 2, MS 3

    

3. Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 1. und 2.

    

4. Bereitstellung von Textbausteinen und Illustrationen für die Erstellung eines Publikums-Factsheets

    

5. Präsentation der Ergebnisse an einem wissenschaftlichen Kolloquium beim BAFU mit entsprechender Power-Point Darstellung

Projektziele (Deutsch)

Das Monitoringsystem bestehend aus Messstationen (Seismometern, Loggern, Übertragungseinheiten und Energieversorgung) und adaptierter Software werden weiterentwickelt und im Gebiet unterhalb des Seehorns in der Gondoschlucht getestet. Das System liefert genügend Daten für eine robuste Datenauswertung und die Datenqualität ist validiert.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Während der Jahre 2017 bis 2019 wurde der Rutschhang nördlich der Station Moosfluh beim Aletschgletscher mit einem mikroseismischen Monitoring überwacht. Mit 12 Geophonen verteilt auf einer Fläche von 1.5 km2 um die aktive Rutschmasse wurden mit diesen Messsensoren Schwingungen im Untergrund detektiert, welche durch Felsstürze, Bruch- und Rutschereignisse ausgelöst wurden.
Es konnte gezeigt werden, dass mit dem Monitoring natürliche mikroseismische Aktivitäten nahe an der Oberfläche ausgehend von den Bruch- und Rutschbewegungen aufgezeichnet und von anderen Aktivitäten wie Gewitter oder anthropogene Signale unterschieden werden können. Die gemessenen Events wurden aufwändig prozessiert, mit neuen Filtern getriggert und vierdimensional lokalisiert. Gesamthaft wurden ca. 8000 natürliche Events im Untergrund getriggert und davon ca. 1500 Destabilisierungen lokalisiert. Trotz der abgelegenen Stationen und der immensen Datenmengen konnte eine Datenübertragung in Beinahe-Echtzeit in die Büros erreicht werden. Dies ist entscheidend für eine mögliche Echtzeit-Überwachung.
Die gemessene Aktivität im Zentrum des Hangrutsches verringerte sich im zweiten Messjahr und verschob sich gegen Nordosten. Die Korrelation mit Wetter- und Schneedaten, sowie geologischen Felddaten erlaubte auslösende Trigger und Prozesse für die Destabilisierungen abzuleiten. Insbesondere scheint eine starke Schneeschmelze die allgemeine mikroseismische Aktivität zu erhöhen.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Die im Innovationsantrag eingegebene Idee des Monitorings von oberflächennahen Destabilisierungen im Bereich von Fels-/Bergstürzen bzw. –rutschen konnte umgesetzt und die Funktionstüchtigkeit des Messsystems bewiesen und weiterentwickelt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Anwendung zielführend und nutzbringend im Bereich Fels-, Bergsturz und Hangrutschen eingesetzt werden kann

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Die mikroseismischen Messungen «Moosfluh beim Aletschgletscher» sollen weitergeführt werden. Neben weiteren vertieften Auswertungen soll entwickelt werden, ob eine Unterscheidung von runterfallenden Felsblöcken zu oberflächennahen Bruchereignissen möglich ist. Zudem wäre von Interesse, freiwerdende Energien kinematisch zu quantifizieren. Ansonsten «warten» wir auf grössere Abbrüche, damit eine Frühwarnung entwickelt werden kann. Das Messsystem soll bei weiteren Fels- und Bergstürzen zur Anwendung kommen.