Monitoring von Sprengerschütterungen mit seismischen „low-cost“ Sensoren

Abstract

In den Jahren 2017 und 2018 wurde im südlichen Wiener Becken ein Netz von seismischen „low-cost“ Sensoren zur Erfassung lokaler Erdbeben eingerichtet. In einem Umkreis von etwa 10 km erfassen diese Sensoren auch die von Gewinnungssprengungen im Steinbruch Dürnbach, Hohe Wand ausgehenden seismischen Wellen. Vergleichsmessungen mit einem geeichten Messsystem belegen die Eignung der Daten für das seismische Monitoring. Der Abfall der seismischen Amplituden mit der Entfernung wird durch ein Potenzgesetz und lokale Verstärkungsfaktoren beschrieben. Letztere variieren nahezu um eine ganze Größenordnung und geben Auskunft, wie repräsentativ die Messwerte an einer einzelnen Station für das gesamte Umfeld sind. Wir quantifizieren die Quellstärke einer Sprengung durch das in der Seismologie übliche Maß der Magnitude. Da wir diese aus den Daten des gesamten Messnetzes ableiten, wird der Einfluss der variablen Abstrahlcharakteristiken der jeweiligen Sprengungen weitgehend eliminiert. Die solcherart berechnete Magnitude bietet sich als Kennwert für die Optimierung der Sprengparameter hinsichtlich einer wirtschaftlich vertretbaren Reduktion der Sprengerschütterungen an. Abschließend zeigen wir, als Entscheidungsgrundlage für die weitere Verdichtung des low-cost Sensor Netzes, in einem Diagramm die Bandbreite der Erschütterungen, mit der bei einer bestimmten Magnitude einer Sprengung im Umfeld gerechnet werden muss.

A low-cost seismic sensor network to monitor local earthquakes was installed in the area of the southern Vienna basin in the years 2017 and 2018. These sensors also record seismic waves generated by production blasts in the quarry Dürnbach, Hohe Wand within a radius of about 10 km. Comparative measurements with a calibrated instrument prove the applicability of this data to seismic monitoring. We describe the decay of the seismic amplitudes with distance according to a power law and local amplification factors. These factors vary within a range of nearly one order of magnitude. They provide information about how representative data from a specific station are for the whole area surrounding the quarry. We quantify the source strength of a quarry blast by the magnitude, a measure commonly used in seismology. Data from all low-cost sensor stations are included in the calculation of the magnitude, thereby eliminating the influence of the varying radiation pattern of the quarry blasts to a large extent. We deem this magnitude an appropriate parameter with respect to the optimization of the blast design to reduce blast vibrations within economically justifiable bounds. Finally, we present a diagram visualizing the magnitude range of ground vibrations one must expect at different distances for a given specific magnitude of the quarry blast. This diagram may serve as a basis for decisions on how and where to build up the existing low-cost sensor network.