Weiterenwicklung des Deutschlandmodells

Aktualisierte Spannungsdatenbank von Deutschland

Unter der Annahme, dass die vertikale Spannung (SV) eine Hauptspannung ist, wird der 3D-Spannungstensor durch die Ausrichtung der maximalen horizontalen Spannung (SHmax) und die Magnituden von SV, SHmax und der minimalen horizontalen Spannung (Shmin) definiert. In der Spannungskarte von Deutschland wird die Ausrichtung von SHmax durch Linien angezeigt, wobei die Linienlänge ein Maß für die Datenqualität ist. Die orangefarbenen Dreiecke in der Spannungskarte kennzeichnen die Lage der Spannungsmagnitudendaten, wobei ihre Größe proportional zur Datenqualität von A (am zuverlässigsten) bis E (schlecht) ist.

Die Spannungsdatenbank für Deutschland und angrenzende Regionen enthält 1780 Datensätze für die SHmax-Orientierung (883 mit A-C Qualität) und 1330 Spannungsmagnitudendaten (827 mit Qualität A-C). Die SHmax-Orientierungen sind in die neue World Stress Map (WSM) Datenbank Version 2025 (Heidbach et al., 2025) integriert. Weitere Informationen finden Sie auf der WSM-Webseite: www.world-stress-map.org und im technischen Bericht TR 25-01 von Rajabi et al. (2025).

Spannungskarte Deutschland 2025: Dargestellt sind A-E Qualitäten der SHmax-Orientierung als Linien und Spannungsmagnituden als orangefarbene Dreiecke. (Download hochaufgelöste Karte).

Erstellung eines verfeinerten Spannungsmodells von Deutschland

Das neue geomechanische numerische Modell Deutschlands hat dieselben Abmessungen wie die beiden Vorgängerversionen von Ahlers et al. (2021, 2022) und verwendet denselben Workflow. Die wichtigste Verbesserung ist eines neuen geologischen Modells (Ahlers & Henk, 2025; Ahlers 2025), eine erhöhte vertikale Auflösung und die erweiterte Magnitudendatenbank, die für die Kalibrierung verwendet wird. Das Modell enthält 49 geologische Einheiten, die mit individuellen elastischen Gesteinseigenschaften (Elastizitätsmodul und Poissonzahl) und Gesteinsdichten parametrisiert sind. Insgesamt enthält das Modell ~10 Millionen hexaedrische Elemente, die eine laterale Auflösung von 4 km und eine vertikale Auflösung von bis zu 45 m in den obersten 5 km ermöglichen.

Finales geomechanische Modell von Deutschland

Vorläufige Ergebnisse zeigen eine insgesamt gute Übereinstimmung mit den für die Kalibrierung verwendeten Spannungsgrößen, was durch einen Mittelwert der absoluten Spannungsunterschiede von ~3 MPa für Shmin und von ~5 MPa für SHmax angezeigt wird. Darüber hinaus stimmen die Ergebnisse gut mit zusätzlichen Datensätzen überein, die nicht für die Kalibrierung verwendet wurden, z. B. einer absoluten mittleren Abweichung der Orientierung von SHmax in Bezug auf WSM Daten von ~10°. Die höhere vertikale numerische Auflösung, die verbesserte stratigraphische Auflösung und der erweiterte Kalibrierungsdatensatz ermöglichen eine deutlich verbesserte und robustere Vorhersage des aktuellen Spannungszustands der Erdkruste. Die Ergebnisse des geomechanisch-numerischen Modells werden in Kürze veröffentlicht.

Slip Tendency Analyse

Die Spannungsdaten aus dem aktualisierten Modell können dazu genutzt werden abzuschätzen, wie groß das Potential von Störungen ist, reaktiviert zu werden. Verschiedene geologische Modelle stellen 3D Störungsgeometrien für große Teile Deutschlands zur Verfügung. Für eine erste Abschätzung des Reaktivierungspotentials dieser Störungen können die Spannungen aus dem aktualisierten Modell auf diese Störungen übertragen werden. Als Maß für das resultierende Reaktivierungspotential kann die Slip Tendency genutzt werden. Die Slip Tendency ist das Verhältnis der maximalen Scherspannung zur Normalspannung auf der Störungsfläche (Morris et al. 1996). Dabei zeigen niedrige Slip Tendency Werte nahe an 0 ein geringes Potential der Störung an, reaktiviert zu werden.

Die 3D Störungsgeometrien sind entsprechend der Slip Tendency farbcodiert. Zur Berechnung der Slip Tendency wurde ein hydrostatischer Porendruck angenommen.

Referenzen:

Ahlers, S. and Henk, A.: 3D Geological Model for Germany and Adjacent Areas [preprint], Earth Syst. Sci. Data Discuss, https://doi.org/10.5194/essd-2025-320, 2025.

Ahlers, S.: 3D geological model for Germany and adjacent areas, TUdatalib, https://doi.org/10.48328/tudatalib-1791, available at: https://tudatalib.ulb.tu-darmstadt.de/handle/tudatalib/4615, 2025

Ahlers, S., Röckel, L., Hergert, T., Reiter, K., Heidbach, O., Henk, A., Müller, B., Morawietz, S., Scheck-Wenderoth, M., and Anikiev, D.: The crustal stress field of Germany: a refined prediction, Geotherm Energy, 10, https://doi.org/10.1186/s40517-022-00222-6, 2022.

Ahlers, S., Henk, A., Hergert, T., Reiter, K., Müller, B., Röckel, L., Heidbach, O., Morawietz, S., Scheck-Wenderoth, M., and Anikiev, D.: 3D crustal stress state of Germany according to a data-calibrated geomechanical model, Solid Earth, 12, 1777–1799, https://doi.org/10.5194/se-12-1777-2021, 2021.

Heidbach, O., Rajabi, M., Di Giacomo, D., Harris, J., Lammers, S., Morawietz, S., Pierdominici, S., Reiter, K., Specht, S. von, Storchak, D., and Ziegler, M. O.: World Stress Map 2025, https://doi.org/10.5880/WSM.2025.002, 2025.

Rajabi, M., Lammers, S., and Heidbach, O.: WSM database description and guidelines for analysis of horizontal stress orientation from borehole logging, GFZ German Research Centre For Geosciences, Potsdam, WSM Technical Report, 25-01, https://doi.org/10.48440/wsm.2025.001, 2025.

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