Stress orientations from hydraulic fracturing tests in the Ruhr area in comparison to stress orientations from borehole observations and earthquake focal mechanisms

To gain information on the regional tectonic state of stress in an area it is important to separate it from stresses affected from anthropogenic activities such as the construction of tunnels or mines. The Ruhr region is characterised by centuries of mining. To ensure safe operations, large-scale hydraulic fracturing campaigns were carried out in several mines at the end of the last century. This study provides a compilation of the regional state of stress in the Ruhr area based on the mine measurements which have been reassessed to deduce the regional stress component and to compare that with stress orientations from independent sources (deep borehole stress information and earthquake focal mechanisms). As orientations of both data sets agreed well the selected stress data of the mines have been combined with the borehole and earthquake data and a mean orientation of the maximum horizontal stress, SHmax, of N154° was obtained for the Ruhr area. The spatial distribution of the stress orientations in the Ruhr area shows a rather homogeneous stress pattern with only very few locations where stress orientations differ significantly from the average.

Um Informationen über den regionalen tektonischen Spannungszustand in einem Gebiet zu erhalten, ist es wichtig, diesen von Spannungen zu trennen, die durch anthropogene Aktivitäten wie den Bau von Tunneln oder Bergwerken verursacht werden. Das Ruhrgebiet ist durch den jahrhundertelangen Bergbau geprägt. Um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, wurden Ende des letzten Jahrhunderts in mehreren Bergwerken groß angelegte Hydraulic-Fracturing-Kampagnen durchgeführt. In dieser Studie wird der regionale Spannungszustand im Ruhrgebiet auf der Grundlage von Messungen in Bergwerken zusammengestellt, die neu bewertet wurden, um die regionale Spannungskomponente abzuleiten und sie mit Spannungsorientierungen aus unabhängigen Quellen (Informationen über die Spannungen aus tiefen Bohrlöchern und Erdbebenherdflächenlösungen) zu vergleichen. Aufgrund der guten Übereinstimmung der Orientierungen beider Datensätze wurden die ausgewählten Spannungsdaten der Bergwerke mit den Bohrloch- und Erdbebendaten kombiniert und eine mittlere Orientierung der maximalen horizontalen Spannung, SHmax, von N154° für das Ruhrgebiet ermittelt. Die räumliche Verteilung der Spannungsorientierungen im Ruhrgebiet zeigt ein recht homogenes Spannungsmuster mit nur sehr wenigen Orten, an denen die Spannungsorientierungen signifikant vom Durchschnitt abweichen.