Der Erdbebenschwarm 2000 in der Region Vogtland / NW-Böhmen

K. Klinge und Th. Plenefisch, Erlangen

1. Zusammenfassung

Zwischen August und November 2000 fand in der Region Vogtland/NW-Böhmen der letzte größere Erdbebenschwarm mit Magnituden ML < 4 statt. Die stärkeren Beben dieses Schwarmes wurden von der Bevölkerung in NW-Böhmen sowie im Vogtland und der Oberpfalz als Erschütterung des Bodens deutlich gespürt und zusätzlich als Grollen aus dem Untergrund gehört. 547 Einzelbeben wurden allein mit den Stationen des Deutschen Regionalen Seismologischen Netzes (GRSN) ausgewertet und in einem vorläufigen Bulletin auf der Internetseite des Seismologischen Zentralobservatoriums in Erlangen (SZGRF) veröffentlicht (http://www.szgrf.bgr.de). Um den Erdbebenschwarm 2000 und seine Ursachen besser untersuchen zu können, sind zu Beginn des Schwarmes, zusätzlich zu den Stationen des SZGRF und der Universitäten Freiberg, Jena, Leipzig und München, Messstationen von der Universität Potsdam und dem GFZ-Potsdam in Zusammenarbeit mit der Universität Weimar eingerichtet worden. Nach bisherigen Vorstellungen wird angenommen, dass die Schwarmbeben durch aufsteigende Fluide in der Erdkruste ausgelöst werden, ihr Bruchverhalten aber hauptsächlich dem regionalen Spannungsfeld unterliegt. Die Klärung dieser grundlegenden Frage ist Gegenstand des von der DFG geförderten Bündelprojektes "Physikalisch / chemische Zustände und geodynamische Prozesse im Schwarmbebengebiet Vogtland/NW-Böhmen." Dieser Beitrag beschränkt sich auf die seismologischen Aspekte des Erdbebenschwarms.
 
2. Einleitung

Zwischen dem 28. August und dem 15. November 2000 ereignete sich in der Region Vogtland/NW-Böhmen ein stärkerer Erdbebenschwarm. Insgesamt wurden ungefähr 5000 einzelne Schwarmbeben im Magnitudenbereich 0 < ML £ 3,7 registriert. Mindestens 10 der stärksten Beben wurden im Umkreis von ca. 30 km deutlich als Bodenerschütterung gespürt und als starkes Grollen, Rumpeln bzw. als Knall aus dem Untergrund, gehört. Den vorletzten großen Erdbebenschwarm gab es in der Region zur Jahreswende 1985/86. Damals wurden über 8000 Einzelbeben bis hin zu lokalen Magnitudenwerten ML » 5,0 registriert. Damit gehört die Region nicht nur wegen der absoluten Anzahl von Beben, sondern auch wegen ihrer Stärke, neben den anderen Erdbebengebieten Deutschlands, insbesondere dem oberen Rheingraben, der Niederrheinischen Bucht und der Schwäbischen Alb, zu den bedeutendsten Erdbebengebieten Deutschlands (Abb. 1). Unterschiede zu den anderen Regionen ergeben sich aus dem besonderen Charakter der Schwarmbeben, bei denen sich nach einer Definition von Sieberg (1938) innerhalb von Tagen bis hin zu mehreren Wochen Hunderte bis Tausende von Einzelstößen wechselnder Stärke scheinbar regellos aneinander reihen, ohne dass man einen von ihnen als Hauptstoß bezeichnen kann.

Weitere Besonderheiten der Region sind in der Gesamtheit der vorhandenen geowissenschaftlichen Anomalien zu finden, so dass das Vogtland nicht zu unrecht weltweit als "locus typicus" und als natürliches Laboratorium für kontinentale Schwarmbeben und damit verbundene geowissenschaftliche Phänomene bezeichnet werden kann. Die Besonderheiten betreffen die Erdkruste und den oberen Erdmantel und bestehen in den periodisch wiederkehrenden Schwarmbeben und der nachweisbaren Kombination von seismischer Aktivität und dem flächenhaften Austritt von CO2 an der Erdoberfläche. Weitere Besonderheiten sind tiefreichende Krustenstrukturen, Mantelfluide, subrezenter Vulkanismus, Mineralwasservorkommen, ausgeprägte Schweregradienten und neotektonische Krustenbewegungen. Obwohl diese Phänomene seit ca. 100 Jahren bekannt sind, sind die Ursachen und Zusammenhänge des Krusten- und Mantelverhaltens in diesem variszisch konsolidierten Teil Mitteleuropas, in der Umgebung der Kontinentalen Tiefbohrung (KTB) und im Kontaktbereich zwischen Saxothuringikum, Moldanubikum und Bohemikum noch ungeklärt. Sie werden gegenwärtig im Rahmen eines von der DFG geförderten Bündelprojektes (Klinge, 1999) erforscht.

Abb. 1: Epizentren von Erdbeben mit Magnitude ML ³ 2.0 in Deutschland und angrenzenden Gebieten aus dem Zeitraum 1994 - 2000 sowie Verteilung der Stationen des Deutschen Regionalen Seismischen Netzes (GRSN), des Gräfenberg-Arrays (GRF) und des Deutschen Experimentellen Seismischen Sytems (GERESS-Array). Die Lokationen der Beben wurden am Seismologischen Zentralobservatorium in Erlangen mit Hilfe der oben genannten Stationen bestimmt.
 

Geologische Kennzeichen der Region sind der ENE-WSW verlaufende Eger-Graben und die NNW-SSE streichende Marienbader Störungszone, sowie weitere langgestreckte N-S verlaufende Störungslinien (Bankwitz und Schneider, 2000). Jüngste tektonische Bewegungen sind durch Vertikalversätze von Flussterrassen an der Marienbader Störung aus holozäner Zeit belegt.
 

3. Seismologische Besonderheiten der Region Vogtland/NW-Böhmen

Generell zeichnet sich das Gebiet durch eine bedeutende seismische Aktivität aus, die sich schwerpunktmäßig auf sechs Teilgebiete konzentriert (Abb. 2).
 
 


 

Abb. 2: Seismizität der Region Vogtland/NW-Böhmen sowie Verteilung der Stationen der permanenten und temporären Netzwerke. Die Epizentren stammen aus dem Vogtland-Katalog (Neunhöfer, 1999) und zeigen alle Ereignisse seit 1990. Die Hauptschwarmgebiete sind mit Kreis oder Ellipse gekennzeichnet und durchnummeriert. Die Lokation des Schwarms von 2000 ist mit einem Stern markiert. Stationen mit weißem Symbol stammen von Netzen, deren Seismogramme in Abbildung 7 gezeigt werden. Die graue Linie markiert die Grenze zur Tschechischen Republik, die dünne Linie zeigt die Marienbader Störungszone (MLFZ).
 

Die stärkeren Beben (ML > 2,5) häufen sich entlang der Marienbader Störung bzw. an parallel dazu verlaufenden Linien und treten hier bevorzugt als Erdbebenschwärme auf (Gebiete 1 und 2 in Abbildung 2). Kleinere Schwärme gibt es außerdem in den Gebieten 3, 4, 5 und 7, während in Gebiet 6 vorzugsweise Einzelbeben auftreten. Die einzelnen Schwärme werden generell innerhalb sehr kleiner Volumina von wenigen Kubikkilometern in einer Tiefe zwischen 7 und 12 km lokalisiert. Für kleinere Schwärme führten Fischer & Horalek (2000; 2001), Präzisionslokalisierungen mit Hilfe von Aufzeichnungen lokaler tschechischer Stationsnetze durch. Sie bestätigten, dass die räumliche Verteilung der Hypozentren innerhalb eines Schwarms eine nahezu punktförmige Konzentration auf N-S verlaufenden Bruchflächen aufweist.

Historisch sicher belegt sind Schwarmbeben in der Region seit 1552. Im letzten Jahrhundert gab es größere Erdbebenschwärme in den Jahren 1901, 1903, 1908, 1929, 1936, 1962 und 1985/86. Die mit Abstand größten Schwärme fanden 1908 und 1985/86 statt. In beiden Fällen erreichten die maximalen Epizentralintensitäten I0 den Wert VI – VII (MSK-Skala). Nach Grünthal (1989) wiederholen sich die starken Schwärme alle 74 ± 10 Jahre. Bedingt durch den besonderen Charakter der Schwarmbeben und ihren speziell gearteten Spannungsabbau sind Beben mit Magnitudenwerten ML > 5 in der Region nicht zu erwarten. Kleinere Schwärme, mit teilweise mehreren hundert bis tausend Ereignissen und maximalen Magnituden ML zwischen 2 und 3 treten andererseits alle 2 bis 3 Jahre in den mit 1 bis 5 gekennzeichneten Gebieten auf (Abb. 2).

Ein weiteres Charakteristikum des Schwarmbebengebietes ist der im Vergleich zu "normalen" Beben und Nachbeben relativ hohe b-Wert (b ³ 1) in der Magnituden-Häufigkeits-verteilung. Außerhalb des unmittelbaren Bereiches der Schwarmbeben fällt dieser Wert deutlich unter eins ab. Hohe b-Werte treten allgemein in Verbindung mit vulkanischen Beben unter Einwirkung von Magmen auf, werden jedoch auch durch Fluideinflüsse und in heterogenen, zerbrochenen Krustenbereichen beobachtet. Unter diesen Gesichtspunkten müssen wir den in der Region vorhandenen rezenten Vulkanismus (Vulkane Kammerbühl und Eisenbühl) und die starken Fluidbewegungen, insbesondere von CO2, aus dem oberen Mantel und ihre Entgasung in zahlreichen Mofetten sehen (Weinlich et al., 1998).

4. Der Erdbebenschwarm 2000

Der Schwarm begann am 28. August 2000 mit ca. 100 Schwarmbeben mit ML £ 2,5. Nach einer kurzen seismischen Ruhe folgte am 3./4. September eine zweite Schwarmepisode mit über 700 Einzelereignissen mit ML £ 3,3. Eine dritte und vierte Episode folgte am 8./9. und am 17. September. Danach schien der Schwarm beendet zu sein. Am 14. Oktober setzte jedoch eine neue Schwarmaktivität ein, bei der im Abstand von jeweils einer Woche vier weitere Schwarmepisoden mit maximalen Magnituden ML zwischen 3 und 4 folgten. Nach dem 15. November war keine Aktivität mehr zu verzeichnen. Lediglich am 24. Dezember gab es noch einige kleinere Beben, die aber dem Schwarm 2000 nicht mehr unmittelbar hinzugerechnet werden können. Eine grafische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des gesamten Schwarmes ist in Abbildung 3a wiedergegeben. Gezeigt wird die Anzahl der Beben pro Tag zwischen dem 28. August und dem 11. November 2000 mit Magnituden ML > 1,3. Die an den jeweiligen Tagen erreichten maximalen Magnitudenwerte sind als Linie und Zahlenwert mit angegeben. Deutlich zu sehen ist der episodische Charakter des Schwarmes mit der Unterbrechung der Aktivität zwischen der 4. und der 5. Episode. Als Beispiel ist mit höherer zeitlicher Auflösung die 2. Schwarmepisode, die am 3./4. September 2000 kulminierte in Abbildung 4 zu sehen. Dargestellt ist die stündliche Anzahl von Beben, beginnend am 3. September 2000 0:00 UT. Die Zählung der Ereignisse erfolgte an der herdnahen Station Wernitzgrün (WERN) in einer Epizentralentfernung von 11 km.

Im Verlaufe des gesamten Schwarmes wurden 13 einzelne Schwarmbeben mit ML ³ 3,0 und 148 Beben mit ML ³ 2,0 registriert. Das stärkste Ereignis fand am 6. November 2000 statt und hatte eine Magnitude ML = 3,7. Der ermittelte b-Wert in der Magnituden-Häufigkeitsverteilung hat für Beben mit ML ³ 1,5 den Wert b = 1,06 ± 0.05.

Vergleicht man den Schwarm 2000 mit dem letzten größeren Schwarm 1985/86, so zeigen sich einige markante Unterschiede. Abbildung 3b zeigt den zeitlichen Verlauf der seismischen Aktivität zwischen dem 1. Dezember 1985 und dem 14. Januar 1986. Im Unterschied zu dem 2000-er Schwarm sind nur Beben mit ML ³ 2,0 bei der täglichen Anzahl der Beben berücksichtigt worden. Am 21. Dezember 1985 erreichte der Schwarm seinen Höhepunkt mit 90 Beben (ML ³ 2,0) und der maximalen Magnitude ML = 5,1. Dieser Magnitudenwert wurde am GRF-Array bestimmt und liegt um ½ Einheit über dem im Vogtland-Katalog (Neunhöfer, 1999) angegebenen Wert. Insgesamt bestand dieser Schwarm aus 2, maximal 3 Episoden unterschiedlicher Intensität und hatte damit einen völlig anderen zeitlichen Verlauf als der Schwarm 2000, der aus 8 vergleichbaren Episoden bestand, die durch Ruhephasen getrennt waren. Es liegt somit der Schluss nahe, den Schwarm 2000 als Schwarmensemble, bestehend aus 8 Einzelschwärmen, zu bezeichnen.

Die erste Auswertung des Schwarmes 2000 erfolgte im Rahmen der Routineauswertung am Seismologischen Zentralobservatorium (SZGRF) in Erlangen. Die mit den Stationen des GRSN und des GRF-Arrays ausgewerteten Beben stehen in einem vorläufigen Bulletin auf der Internetseite des SZGRF (http://www.szgrf.bgr.de).
 
 

Abb. 3a: Zeitlicher Verlauf des Erdbebenschwarms 2000 in der Region Vogtland/NW-Böhmen. Insgesamt wurden 8 Schwarmepisoden zwischen dem 28. August und dem 15. November beobachtet. In der Abbildung sind die tägliche Anzahl der Beben mit der lokalen Magnitude ML > 1.3 als Säulen und die jeweiligen maximalen Magnitudenwerte als Linie dargestellt.
 

Ein Registrierbeispiel ist in Abbildung 5 zu sehen. Gezeigt wird die Aufzeichnung der Vertikalkomponente von einem einzelnen Schwarmbeben am 4. September 2000 um 0:31 UT an den Regionalnetzstationen BGR, CLL, MOX, WERN und WET (vgl. Abb. 1). Das ermittelte Hypozentrum liegt in NW-Böhmen bei 50,21 ± 0,03 N und 12,46 ± 0,02 E in einer Tiefe von ungefähr 8 km. Alle Epizentren sind in Abbildung 2, zusammen mit den seit 1990 bestimmten Epizentren dargestellt. Die aktuellen Herdkoordinaten entsprechen außerdem den Koordinatenwerten für den Herd 1985/86 (50,24 N, 12,44 E, Tiefe 7 – 12 km). Somit fanden alle größeren Schwärme seit 1985 im Gebiet 1 (Abb. 2) statt.

Der letzte größere Schwarm im nördlicher gelegenen Gebiet 2 fand 1962 bei Klingenthal statt (Neunhöfer 1976). Nicht sicher zu bestimmen sind die Epizentren der großen Schwärme zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Ihre Herdgebiete lagen aber ebenfalls in Gebiet 1 und/oder 2. Es kann also davon ausgegangen werden, dass alle größeren Erdbebenschwärme auf ein sehr kleines Herdgebiet beschränkt bleiben und übliche Theorien, nach denen sich die Spannungen auf einer Bruchfläche, die durch ein überregionales Spannungsfeld erzeugt werden, an verschiedenen Punkten durch Erdbeben oder durch aseismische Bewegungen lösen, hier nicht uneingeschränkt gelten. Dieser Umstand muss bei der Initialisierung der Schwarmbeben berücksichtigt werden. Damit kommt dem Einfluss lokaler Fluide und ihrem episodischen Energietransport in der Kruste eine besondere Bedeutung zu. Verstärkt wird diese Beobachtung durch die große Ähnlichkeit der beobachteten Wellenformen, die während der Schwärme 1985/86 und 2000 an der GRF-Array-Station GRA1 registriert wurden. In Abbildung 6 sind je sechs stärkere Beben (ML > 3,0) von 1985/86 und 2000 übereinander dargestellt. Übereinstimmend sind neben den Wellenformen die Polaritäten der Ersteinsätze und die Sg-Pg Zeitdifferenzen, was auf die gleiche Hypozentralentfernung und somit auf einen punktförmigen Herd hinweist. Die vorhandenen kleinen Variationen der Wellenformen innerhalb eines Schwarmes als auch zwischen den Schwärmen spiegeln Veränderungen der Herdfläche und Änderungen der Bruchparameter wider. Diese Beobachtungen werden an anderen Stationen ebenfalls gemacht. Stationen des GRF-Arrays bieten jedoch den Vorteil der Verfügbarkeit kontinuierlicher Registrierungen seit 1976. Somit sind diese Stationen die einzigen, die unter gleichen Aufzeichnungsbedingungen beide Schwärme registriert haben.


 Abb. 3b: Zeitlicher Verlauf des Erdbebenschwarms 1985/86 in der Region Vogtland/NW-Böhmen. Insgesamt wurden 2-3 Schwarmepisoden zwischen dem 1. Dezember 1985 und dem 15. Januar 1986 beobachtet. In der Abbildung sind die tägliche Anzahl der Beben mit der lokalen Magnitude ML ³ 2.0 als Säulen und die jeweiligen maximalen Magnitudenwerte als Linie dargestellt.

5. Lokale seismologische Stationen in der Region Vogtland/NW-Böhmen während des Schwarmes 2000

Neben den erwähnten GRF-Array- und den GRSN-Stationen existieren in der Region weitere permanente und temporäre Digitalstationen (Abb. 2). Auf deutscher Seite existieren drei permanente Stationen von der Universität München im bayerischen Vogtland und sechs Stationen der Universitäten Jena, Freiberg und Leipzig im sächsischen Vogtland. Weitere sieben temporäre Stationen befinden sich im Rahmen eines SZGRF/GFZ-Projektes in der Region. Auf tschechischer Seite in NW-Böhmen wurde innerhalb der letzten 15 Jahre von dem Geophysikalischen Institut der Tschechischen Akademie in Prag das Stationsnetz WEBNET bestehend aus neun kurzperiodischen und einer breitbandigen Station um Novy Kostel eingerichtet. Von der Universität in Brünn wurde mit fünf weiteren kurzperiodischen Stationen das sogenannte Kraslitce Netz aufgebaut. Diese tschechischen Stationen ermöglichen insbesondere für das Epizentralgebiet 1 eine sehr genaue Hypozentrumsbestimmung und die Darstellung der Einzelereignisse auf den Bruchflächen.
 
 
 
 


 
 

Abb. 4: Stündliche Anzahl der registrierten Beben innerhalb von Schwarmepisode 2 (siehe Abb. 3a) zwischen dem 3. und 5. September 2000 aufgezeichnet an der Station WERN (Universität Leipzig) in einer Epizentralentfernung von 11 km.
 
 

Da die Verteilung und die unterschiedliche Qualität der Stationen auf der deutschen Seite des Herdgebietes für weitergehende seismotektonische Untersuchungen nicht ausreichend war, wurden in Zusammenarbeit mit der Universität Potsdam und der Task Force des GFZ-Potsdam Mitte September 2000 weitere sechs seismologische Stationen aufgestellt. An der Aufstellung von Beschleunigungsmessern war die Universität Weimar beteiligt. Ein Registrierbeispiel von ausgewählten permanenten und temporären seismologischen Stationen ist in Abbildung 7 zu sehen. Die Abbildung zeigt die Registrierung eines Schwarmbebens vom 23. Oktober 2000, aufgezeichnet mit den Vertikalkomponenten an 13 Stationen verschiedener Einrichtungen. Die Speicherung aller Daten erfolgt gegenwärtig in kontinuierlicher Form im SZGRF und steht über ein WWW-Interface (http://www.szgrf.bgr.de) allen Nutzern zur Verfügung. Erste Ergebnisse der Datenauswertung sind Untersuchungen zur Herdmechanik und Seismotektonik.
 
 


 
 

Abb. 5: Aufzeichnung eines einzelnen Schwarmbebens am 4. September 2000 an den Regionalnetzstationen Moxa (MOX), Wettzell (WET), Collmberg (CLL), Berggießhübel (BRG) und an der herdnächsten Station Wernitzgrün (WERN) (D = 11 km). Dargestellt sind die Registrierungen der Vertikalkomponenten. Die Zeitskala ist unten angegeben und die Welleneinsätze Pg und Sg sind markiert.
 
 

6. Ergebnisse zur Seismotektonik

Zur Klärung der Ursachen von Schwarmbeben liefern seismotektonische Untersuchungen, wie die Bestimmung und Analyse von Herdmechanismen, herdspezifischer Reibungsparameter und lokaler Spannungsfelder, einen wesentlichen Beitrag. In diesem Zusammenhang gilt es, den möglichen Einfluss von Fluiden für die Initialisierung eines Schwarms und seinen Ablauf zu berücksichtigen, zu quantifizieren und zu verstehen. Grundlage für jegliche seismotektonische Analysen sind Datensätze zuverlässig bestimmter Herdmechanismen bzw. Momententensoren.
 
 


 
 

Abb. 6: Vergleich zwischen den Registrierungen von je 6 Schwarmbeben aus den Jahren 2000 (oben) und 1985 (unten) aufgezeichnet an der Vertikalkomponente der GRF-Array- Station GRA1. Die x-Achse gibt die Zeit in Sekunden jeweils vom ersten Pg-Einsatz aus an. Eine Sekunde nach Pg ist die reflektierte P-Welle von der Moho-Diskontinuität (PmP) zu sehen. Die SmS-Wellengruppe erscheint nach 14.5 s. Bemerkenswert ist die große Übereinstimmung aller gezeigten Wellenformen, was auf gleiche Herdlokation und Herdprozesse schließen lässt. Die lokalen Magnituden ML der dargestellten Ereignisse liegen zwischen 3 und 4.
 

Für die Region Vogtland/NW-Böhmen konnten Herdmechanismen, die auf der Grundlage geeigneter Stationen beruhen, erstmals für den großen Schwarm von 1985/86 ermittelt werden (Antonini, 1988, Zahradnik et al., 1988, Grosser & Köhler, 1988). Die Aufstellung neuer Stationen nach dem großen Schwarm von 1985/86, insbesondere auf tschechischem Gebiet in der Region Novy Kostel, ermöglichte die Bestimmung von Herdmechanismen auch für kleinere Schwärme der neunziger Jahre (1991, 1994, 1997, 1998).
 

Die Bestimmung von Momententensoren für Ereignisse dieser Schwärme sowie deren seismotektonische Interpretation sind Gegenstand des DFG-Projekts "Herdmechanik und Seismotektonik der Schwarmbeben in der Region Vogtland/NW-Böhmen", das im Rahmen des DFG-Bündels am Seismologischen Zentralobservatorium in Erlangen seit 1999 bearbeitet wird. In diesem Projekt wurden bisher für 30 der stärksten Beben (1,5 £ ML £ 3,3) aus dem Zeitraum von 1991 bis 1998 sowie für die 12 stärksten Ereignisse (ML ³ 3,0) des aktuellen Schwarms 2000 Herdmechanismen bestimmt. Als Eingabedaten wurden Seismogramme der vorhandenen lokalen Stationsnetze sowie Aufzeichnungen der umliegenden Regionalnetzstationen verwendet. Die Ableitung der Herdmechanismen erfolgte mit dem FOCMEC-Programm (Snoke et al., 1984), mit einem Inversionsverfahren von Ebel und Bonjer (1990) und mit einer relativen Momententensorinversion (Dahm, 1993) unter Verwendung von Polaritäten, absoluten und relativen Amplituden. Abbildung 8 zeigt die Epizentren der erwähnten Beben und die zugehörigen Herdmechanismen (Wirth et al., 2000; Plenefisch et al., 2001), die mit dem FOCMEC-Programm berechnet wurden und den reinen Scherbruchanteil wiedergeben.
 
 


 
 

Abb. 7: Beispiel einer Aufzeichnung eines einzelnen Schwarmbebens vom 23. Oktober 2000, registriert an Stationen des SZGRF und des GFZ-Potsdam (SBG, GUN, BOH1, BAC), an Stationen der Universität Potsdam (P01, P02, P03, P08, P09, P13), an Stationen der Universität München (LE0086, LE0087) und an der Station WERN. Der Übersichtlichkeit halber werden nicht alle Registrierstationen, die während des Schwarmes eingesetzt waren, in der Abbildung gezeigt. Unter den Registrierungen ist die Zeit angegeben.

Der aktuelle Schwarm von 2000 besitzt Auf-, Ab- und Blattverschiebungen. Blattverschiebungen mit Abschiebungskomponente überwiegen. Mit Ausnahme der beiden Abschiebungsmechanismen weisen die übrigen zehn Herdmechanismen eine N-S bzw. NNW-SSE ausgerichtete Nodalfläche auf. Die Ähnlichkeit

der Streichrichtung dieser Nodalfläche mit der Streichrichtung der Marienbader- und parallel dazu verlaufender Verwerfungszonen legt die Vermutung nahe, dass es sich hierbei um die tatsächliche Bruchfläche handelt. Unterstützt wird die Hypothese durch Präzisionslokalisierungen der tschechischen Kollegen von der Akademie der Wissenschaften in Prag, bei denen die Hypozentren eine deutliche N-S Elongation aufweisen (Fischer & Horalek, 2000; 2001). Betrachtet man die N-S gerichtete Nodalfläche als Bruchfläche, handelt es sich bei den Ereignissen um linkslaterale Verschiebungen an steil stehenden Flächen (Neigung: 70° - 90°).

Vergleicht man die ermittelten Herdmechanismen vom Schwarm 2000 mit denen vorhergehender Schwärme, so zeigen sich generell diverse Verschiebungstypen, wobei Herdmechanismen vom Abschiebungs- und Blattverschiebungstyp dominieren. Wir beobachten sowohl zeitliche Variationen in den Mechanismen eines Schwarms (Schwarm 1994, Schwarm 2000) als auch laterale Variationen von einem Schwarmgebiet zum anderen (Vergleich Schwarm 1991 und Schwarm 1997). Auf der anderen Seite gibt es auch Schwärme wie den von 1991, die nahezu identische Herdmechanismen aufweisen.
 
 


 
 

Abb. 8: Herdmechanismen für ausgewählte Beben der Region Vogtland/NW-Böhmen aus dem Zeitraum von 1990 bis 2000. Die Herdmechanismen sind mit dem FOCMEC-Program (Snoke et al., 1984) unter Verwendung von Polaritäten und Amplitudenverhältnissen berechnet worden.
 

Betrachten wir insbesondere die aktuelle Schwarmbebenregion 1, so zeigt sich, dass die Herdmechanismen des Schwarms von 2000 den Mechanismen von 1985/86 und 1994 ähnlich sind, jedoch Unterschiede zu denen von 1997 bestehen. Die Mechanismen von 1994 sind charakterisiert durch Blattverschiebungen und Abschiebungen und besitzen ebenfalls eine N-S streichende Nodalfläche. Die Herdmechanismen des Schwarms von 1997 zeichnen sich dagegen durch Blattverschiebungen mit teilweise Aufschiebungskomponenten aus. Außerdem besitzen sie eine konstante Nodalfläche, die NNE-SSW streicht und damit im Gegensatz zu den Schwärmen von 1994 und 2000 um ca. 30° im Uhrzeigersinn gedreht ist. Ein Vergleich mit den Herdmechanismen des Schwarms von 1985 ist schwierig, da die Ergebnisse der verschiedenen Autoren stark variieren (Antonini, 1988; Bormann, 1989). Da insgesamt gesehen die Mechanismen mit den N-S streichenden Nodalflächen und Blattverschiebungen mit Abschiebungen dominieren, sind wir der Meinung, dass die Schwärme von 1985/86, 1994 und 2000 in der Herdgeometrie und im Dislokationscharakter sehr ähnlich sind, der Schwarm von 1997 jedoch davon abweicht.
 

Exemplarisch sind in Abbildung 9 die Ergebnisse des FOCMEC-Programs für das stärkste Ereignis des Schwarms 2000 (6.11.2000, 22:07 UT, ML = 3.,7) wiedergegeben. Als Eingabedaten wurden 15 P-Polaritäten, 5 SH-Polaritäten und 8 Amplitudenverhältnisse von SH zu P verwendet. Die linke Grafik zeigt in stereographischer Projektion die Position der verwendeten Daten auf der unteren Herdhalbkugel sowie die Schar der Nodalflächen, die mit den Eingabedaten kompatibel sind. Die rechte Grafik gibt die beste Lösung dieser Schar wieder, d.h. diejenige die den geringsten "Misfit" in den Amplitudenverhältnissen aufweist. Die ebenfalls eingesetzte relative Momententensorinversion (Dahm, 1993) ermöglicht es, Abweichungen vom reinen Scherbruch aufzulösen. Einige der untersuchten Ereignisse zeigen Abweichungen vom Scherbruch bis zu 20%. Die Abweichungen deuten darauf hin, dass Fluide als Ursachen für die Auslösung von Schwarmbeben in Betracht gezogen werden müssen.
 

Die berechneten Herdmechanismen wurden auch zur Berechnung des Spannungsfeldes herangezogen. Hierzu wurde das Inversionsprogramm von Gephart & Forsyth (1984) verwendet. Die Ergebnisse der Inversionsrechnungen zeigen in den überwiegenden Fällen ein Blattverschiebungsregime, bei dem s 1 horizontal gerichtet ist und NW-SE streicht und die horizontal gerichtete s 3-Achse SW-NE streicht. Das Spannungsfeld in der Region Vogtland/NW-Böhmen ist damit sehr ähnlich dem anderer seismisch aktiver Regionen in Mitteleuropa (z.B. Plenefisch, 1996; Plenefisch & Bonjer, 1997).


 
 

Abb. 9: Herdmechanismen für das stärkste Ereignis des aktuellen Schwarms von 2000 (6.11.2000, 22:07 UT ML = 3.7). Die linke Grafik zeigt in stereografischer Projektion die Positionen der Stationen und die Eingabedaten (Kreis = Kompression, Dreieck = Dilatation, Kreuz = Amplitudenverhältnis von SH zu P) auf der unteren Herdhalbkugel sowie die Schar der Nodalflächen, die mit den Polaritäten in Einklang stehen. Die rechte Grafik gibt die beste Lösung mit dem geringsten "Misfit" in den Amplitudenverhältnissen wieder.

Die gute Übereinstimmung des Spannungsfeldes der Region Vogtland/NW-Böhmen mit dem in Mitteleuropa, legt den Schluss nahe, dass die spezielle Seismizität in Form von Schwarmbeben in der Region Vogtland/NW-Böhmen nicht durch ein lokales Spannungsfeld hervorgerufen wird, das das überregional in Mitteleuropa anliegende Spannungsfeld dominiert. Vielmehr scheinen die Verschiebungen bei Vogtland-Ereignissen durch das in Mitteleuropa anliegende Spannungsfeld kontrolliert zu werden. Der Auslösemechanismus der Schwarmbeben sowie der episodenhafte Ablauf der Schwärme im Vogtland scheint jedoch lokal, in der Dynamik von Fluiden, begründet zu sein.
 
 

7. Ausblick

Die weitere Bearbeitung des Erdbebenschwarmes 2000 wird im Rahmen des Bündelprojektes "Schwarmbebengebiet Vogtland" in Zusammenarbeit mit tschechischen Partnern fortgesetzt.

Dabei sollen weitere Einsichten in die Mechanismen der Schwarmbeben und ihre Wechselwirkungen mit den vorhandenen Fluiden gewonnen werden. Voraussetzungen dafür sind Untersuchungen im gesamten Gebiet Vogtland/NW-Böhmen, bei denen die Strukturen und dynamische Prozesse in der Kruste und dem oberen Mantel mit verschiedenen geophysikalischen, geochemischen, geologischen und geodätischen Methoden analysiert werden. Von besonderer Bedeutung erscheint uns, ein Tomografieexperiment durchzuführen, um die Struktur der Kruste und des oberen Mantels zu untersuchen und einen im oberen Mantel vermuteten Magmakörper, dem wahrscheinlichsten Ausgangspunkt der Fluide, zu lokalisieren. Letztendlich geht es darum, die Ursachen der vogtländischen Schwarmbeben und ihre wechselseitigen Beziehungen mit Herdmechanismen, Bruchtektonik, Schwerefeld, neotektonischen Krustenbewegungen, Paläospannungsregime, Fluidverhalten, geoelektrischen Effekten und tiefreichenden Gasaufstiegszonen, aufzuklären.
 

8. Literatur

Antonini, M., 1988. Variations in the focal mechanisms during the 1985/86 Western Bohemia earthquake sequence - correlation with spatial distribution of foci and suggested geometry of faulting. Proc. Workshop on Induced Seismicity and Associated Phenomena, Liblice, 1, 250 - 270.

Bankwitz, P. &, G. Schneider, 2000. Neotektonische Krustenaktivität im Schwarmbebengebiet Vogtland/NW-Böhmen, Zwischenbericht DFG-Antrag (SCHN 251/2-1).

Bormann, P. (Editor), 1989. Monitoring and Analysis of the Earthquake Swarm 1985/86, ZIPE Veröffentlichung Nr.110, S. 183, Potsdam.

Dahm, T., 1993. Relativmethoden zur Bestimmung der Abstrahlcharakteristik seismischer Quellen. Dissertation, Geophysikalisches Institut, Universität Karlsruhe.

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Gephart, J.W. & D.W. Forsyth, 1984. An improved method for determining the regional stress tensor using earthquake focal mechanism data: Application to the San Fernando earthquake sequence. J. Geophys. Res., 89, 9305 - 9320.

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Grünthal, G., 1989. About the history of seismic activity in the focal region Vogtland/Western Bohemia. In: Bormann, P. (Editor), 1989. Monitoring and Analysis of the Earthquake Swarm 1985/86, ZIPE Veröffentlichung Nr.110, S. 30, Potsdam.

Klinge, K. (Koordinator), 1999. DFG-Bündelantrag, Physikalisch/chemische Zustände und geodynamische Prozesse im Schwarmbebengebiet Vogtland/NW-Böhmen.

Neunhöfer, H., 1976. Ergebnisse der instrumentellen Aufzeichnung von Mikroerdbeben im Vogtland nach 1962. Z. geol. Wiss., 4, 12, S. 1617

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