Aardbevingen en gaswinning
Bernard Dost KNMI
Aardbevingen in Nederland (1300-2013)
Natuurlijke aardbevingen Rood: 1980-2013 Roze: 1904-1980 Licht roze: <1904
Geïnduceerde aardbevingen Geel (NL): >1986
KNAW 27-03-2014
Boorgat netwerk- 17 stations - 23 accelerometers Eind 2010: alle boorgat data in realtime naar de Bilt Uitbreiding met downhole monitoring
KNAW 27-03-2014
Ontwerp van het seismisch netwerk in Nederland Criteria Noord Nederland: • Elke aardbeving van een M>1.5 moet gelokaliseerd kunnen worden • Een regionaal netwerk als deze heeft een onnauwkeurigheid van 0.5-1.0 km (horizontaal) en vertikaal 1-3 km • Grotere nauwkeurigheid door: • verdichten netwerk (horizontaal) • sensoren op diepte (vertikaal)
KNAW 27-03-2014
Ontwikkeling van de seismiciteit
Noord Holland 1986-2014
NO Nederland 1986-2003
KNAW 27-03-2014
NO Nederland 2004-2014
Relatie met de geologie Breuken op reservoir diepte Locaties lijken de breuken te volgen Onzekerheid in de locatie is ca 0.5-1 km Onzekerheid kan worden verkleind door A] stations dichtheid te vergroten B] lokale (P- en S-) snelheids modellen te gebruiken
KNAW 27-03-2014
Geologische setting Groningen
source NAM
- Event diepte ca 3 km, in- of in de buurt van- het gas reservoir - Golfvormen worden sterk beinvloed door de zout (Zechtein) laag op het reservoir KNAW 27-03-2014
Catalogus (1986-2014)
All
Groningen
Total
1037
731
M>1.5
314
219
M>3.0
18
10
Ontwikkelingen in de seismiciteit van het Groningen gasveld
Het proces is niet stationair
KNAW 27-03-2014
Ontwikkeling seismische energie Groningen veld Productie data Groningen (bron NAM)
Periode-1 Cumulative seismic energy release
• Totale vrijgekomen energie door aardbevingen lijkt te veranderen rond 2003 • Met totale energie is het effect van grote en kleine aardbevingen goed vergelijken
KNAW 27-03-2014
Frequentie-magnitude relatie 1991 - 2014 Log N (M ≥ 1.5) = a – b M Een duidelijke toename in de seismicity-rate bij gelijkblijvende b-waarde (richtings-coefficient) Geen aanwijzing in de data voor een Mmax
KNAW 27-03-2014
Effect van sterkere bevingen • Een passende Ground Motion Prediction Equation (GMPE) is nodig • Deze vertaalt sterktes van bevingen (M) in maximale versnelling/snelheid aan het oppervlak • Bestaande GMPEs ontwikkeld voor bevingen met M>4-5 • Extrapolatie naar kleinere magnitude geeft vaak een overschatting • Voor een deterministische analyse is dit voldoende • Beter: een probabilistische methode • Voor Groningen is een GMPE geselecteerd die gebaseerd is op ondiepe bevingen en waarbij de variatie in ondiepe ondergrond wordt meegenomen. Deze relatie is gecalibreerd met geregistreerde versnellingen in Groningen
KNAW 27-03-2014
Ground Motion Prediction Equation voor Groningen PGA predictions using the modified Akkar et al. (2013) GMPE to match the Groningen data below Mw 4.2 at hypocentral distance of 3, 5, 10 and 15 km Waarom zijn de bodembewegingen In Groningen zo laag? Mogelijk effect van het ca 1 km dikke pakket Zechstein zout op het reservoir
Bommer, 2013
KNAW 27-03-2014
Salt influence: defocusing Average (regional) model
VELMOD model (1D sample)
Kraaijpoel & Dost, 2012, J. of Seism.
KNAW 27-03-2014
PGA and PGV contours, input to e.g. Quick scan
Scenario, gebaseerd op de gemiddelde waarde van het ASB model en de aanname dat het seismisch actieve gebied wordt bepaald door de regio waar tot nu toe sterkere bevingen zijn opgetreden (M>= 3.0). KNAW 27-03-2014
R
site R
area source
Mmax
magnitude M Seismicity
amplification
probability of exceedance
Source zonation
M0
frequency
P (a > A)
f ( M, R) mean + σ
mean - σ
log (R) Attenuation
a (P=0.1)
fault (line source)
log N (m>M)
log N = a – b M
log (peak ground acceleration)
Probabilistische Seismische Hazard Analyse (PSHA)
P = 0.1 acceleration (A) Seismic hazard
Site response KNAW 27-03-2014
After Cornell
PSHA ingredients: spatial distribution
Classic zonation
Empirical Physical model (NAM)
PSHA: Seismicity rate
number of events/year
N (M ≥ 1.5)
- Toename in de seismicity
rate: lineaire of exponentiele extrapolatie (equally significant) voor de komende 5 jaren - N=40 is gekozen, gebaseerd op een exponentiele extrapolatie in Nov, 2013 KNAW 27-03-2014
PSHA results Zonation
PGA
PGV
Aanname: Mmax=5, jaarlijkse seism. rate: 40 (M>1.4), b=1, ASB modified GMPE, 10% kans in 50 jaar. • Maximum PGA: 0.42g, maximum PGV: 16 cm/s. •
KNAW 27-03-2014
Effecten van de 16 Augustus, 2012: Huizinge event M=3.6
Individuele meldingen worden verwerkt in “Community weighted intensities” (links), die vervolgens worden gecontourd (rechts). Veel meldingen uit de stad Groningen,maar met geringe intensiteit. Contour wordt beinvloed door bevolkingsdichtheid. Het instrumenteel bepaalde epicentrum is aangegeven met een ster.
Duur van de grondbeweging
Duur van de grootste beweging is veel groter dan verwacht (2-3 groepen) Verklaring hiervoor is vermoedelijk te vinden in het zoutpakket (multiples, mode conversies). Golfvorm modellering is gestart. KNAW 27-03-2014
Conclusies • Seismische activiteit in Groningen is de laatste jaren toegenomen • Het proces is niet-stationair • Een maximale sterkte van toekomstige bevingen is niet eenduidig uit de dataset te bepalen • Een Ground Motion Prediction Equation is voor Groningen ontwikkeld . Onzekerheden zijn groot • Een probabilistische seismische hazard analyse (PSHA) voor de komende vijf jaar is bepaald op basis van een schatting van de toenemende activiteit • NAM heeft een model ontwikkeld op basis van compactie. Resultaten zijn vergelijkbaar (van Elk) • De PSHA resultaten worden e.g. gebruikt in de ontwikkeling van een praktijkrichtlijn voor gebouwen (Vrouwenvelder)
KNAW 27-03-2014
