Wat met de dreiging van geïnduceerde aardbevingen?

Wat met de dreiging van geïnduceerde aardbevingen? “It’s all about friction, stupid!” Manuel Sintubin Geodynamics & Geofluids Research Group Department of Earth & Environmental Sciences KU Leuven

Leidse Winterlezingen, Naturalis, Leiden, 11 januari 2015

Geïnduceerde aardbevingen

 hoe zit dat nu met aardbevingen geïnduceerd door menselijke activiteit?  en wat betekent deze kennis voor de toekomst?

Wat is een aardbeving?

 aardbeving  seismogene korst  momentmagnitude  ‘effectieve’ intensiteitsmagnitude


“the sudden elevations, depressions, or lateral shiftings of large tracts of country which take place at the time of destructive earthquakes are usually considered as the effects rather than the cause of subterranean commotions; but in my opinion, it can be confidently asserted that the sudden formation of the ‘great fault of Neo’ was the actual cause of the earthquake” Bunjiro Koto, 1893


“trillingen veroorzaakt door het vrijkomen van elastische vervormingsenergie wanneer gesteentemassa’s in de ondergrond breken of langsheen bestaande breukvlakken verschuiven”


“trillingen veroorzaakt door het vrijkomen van elastische vervormingsenergie wanneer gesteentemassa’s in de ondergrond breken of langsheen bestaande breukvlakken verschuiven”  interseismische opbouw elastische vervormingsenergie

Marshak 2008


“trillingen veroorzaakt door het vrijkomen van elastische vervormingsenergie wanneer gesteentemassa’s in de ondergrond breken of langsheen bestaande breukvlakken verschuiven”  coseismische vrijgave elastische vervormingsenergie

Marshak 2008


“trillingen veroorzaakt door het vrijkomen van elastische vervormingsenergie wanneer gesteentemassa’s in de ondergrond breken of langsheen bestaande breukvlakken verschuiven”  seismogene korst

Sibson 2001 Passchier & Trouw 2005

Wat is een aardbeving? Sibson 2001

 momentmagnitude MW  rigiditeit van betrokken aardkorst  oppervlakte van verschoven breuksegment  gemiddelde breukverplaatsing Darfield, Nieuw Zeeland – M W 7.0 - 2010

© USGS 2010


 momentmagnitude MW Maule, Chili – MW 8.8 – 2010

Haïti – MW 7.0 – 2010

© USGS 2010


 ‘effectieve’ intensiteitsmagnitude MIE

 magnitude die statistisch verwacht wordt op basis van intensiteitsverdeling  op basis van ‘Community Internet Intensity’ – ‘Did You Feel It’ (DYFI)

MW 3.9 – Youngstown, Ohio – 31.12.2011 - SWD

MIE 3.5 < MW 3.9

© USGS 2011

Hough 2014

Knoei niet met de wrijving!

 wrijving  belasting en ontlasting  toenemende & afnemende vloeistofdruk  onder kritische spanning


Wrijving houdt een breuk bijeen!

Marshak 2008



omgevingsdruk

schuifspanning

 schuifspanning veroorzaakt breukbeweging  AARDBEVING

normaalspanning schuifspanning

normaalspanning

Van der Pluijm & Marshak 2004



MAGNITUDE

omgevingsdruk

schuifspanning

 schuifspanning veroorzaakt breukbeweging  AARDBEVING  extra belasting


normaalspanning




MAGNITUDE

omgevingsdruk

schuifspanning

 schuifspanning veroorzaakt breukbeweging  AARDBEVING  ontlasting


normaalspanning




MAGNITUDE

omgevingsdruk

schuifspanning

 schuifspanning veroorzaakt breukbeweging  AARDBEVING  vloeistofdruk 


normaalspanning




MAGNITUDE

omgevingsdruk

schuifspanning

 schuifspanning veroorzaakt breukbeweging  AARDBEVING  vloeistofdruk 


normaalspanning


Onder kritische spanning!

‘Stabiele’ intraplaatkorst staat onder kritische spanning!  breuken staan allemaal onder kritische spanning!  stabiele intraplaatkorst is zeer sterk!

Townend & Zoback 2000

Onder kritische spanning!

‘Stabiele’ intraplaatkorst staat onder kritische spanning!  breuken staan allemaal onder kritische spanning!  hoge breukpermeabiliteit (hydraulically conductive fractures)!  hydrostatische vloeistofdruk

Townend & Zoback 2000

Antropogene aardbevingen?

 extractie & injectie van ‘vloeistoffen’ en/of ‘gassen’

© Rijksoverheid Nederland – structuurvisie ondergrond


 extractie & injectie van ‘vloeistoffen’ en/of ‘gassen’  direct effect door verhoging van vloeistofdruk op breukweerstand  indirect effect door belasting/ontlasting (omgevingsdruk) van breuk Ellsworth 2013


 extractie & injectie van ‘vloeistoffen’ en/of ‘gassen’  direct effect door verhoging van vloeistofdruk op breukweerstand  indirect effect door belasting/ontlasting (omgevingsdruk) van breuk

 belastende & ontlastende infrastructuur © Lovett 2014


 sterke toename van geïnduceerde seismiciteit sinds ‘60

Klose 2010

Klose 2010


 ‘geïnduceerde’ aardbevingen  aardbevingen die rechtstreeks veroorzaakt zijn door menselijke activiteit  meestal in gebieden zonder noemenswaardige aardbevingsgeschiedenis  meestal in intraplaat gebieden zonder tektonisch actieve breuken

 ‘aangevuurde’ (‘triggered’) aardbevingen  tektonische aardbevingen die mogelijk aangevuurd zijn door menselijke activiteit  meestal in seismisch actieve gebieden  meestal in gebieden met tektonisch actieve breuken

Schaliegasontginning & aardbevingen

 MW 5.6 2011 Oklahoma aardbeving  ML 2.3 2011 Blackpool aardbeving  ML 3.0 2014 Poland Township (Ohio) aardbeving


Veroorzaakte ‘fracking’ de 2011 Oklahoma aardbeving?  MW 5.6 – 6 november 2011


Veroorzaakte ‘fracking’ de 2011 Oklahoma aardbeving?  MW 5.6 – 6 november 2011

Injection wells

stimulation wells epicentrum


Veroorzaakte ‘fracking’ de 2011 Oklahoma aardbeving?  MW 5.6 – 6 november 2011  NEEN!

© DEI 2013


Veroorzaakte injectie van ‘waste water’ de 2011 Oklahoma aardbeving?  MW 5.6 – 6 november 2011  JA!  massaal injecteren van water  verhogen van vloeistofdruk, dus verlagen breukweerstand

Ellsworth 2013 © Lawrence Berkeley National Laboratory


Veroorzaakte injectie van ‘waste water’ de 2011 Oklahoma aardbeving?  MW 5.6 – 6 november 2011  JA!  ‘triggered’ door Tohoku 2011?

van der Elst et al. 2013


Veroorzaakte ‘fracking’ de 2011 Blackpool aardbeving?  ML 2.3 – 1 april 2011

stimulation well epicentrum

Blackpool, U.K., 1 april 2011 – ML 2,3 © British Geological Survey


Veroorzaakte ‘fracking’ de 2011 Blackpool aardbeving?  ML 2.3 – 1 april 2011  JA!

Clarke et al. 2014


Veroorzaakte ‘fracking’ de 2011 Blackpool aardbeving?  ML 2.3 – 1 april 2011  JA!

© DEI 2013 Clarke et al. 2014


Veroorzaakte ‘fracking’ de 2014 Poland Township (Ohio) aardbeving?  ML 3.0 – 10 maart 2014  JA!

© DEI 2013 Skoumal et al. 2015


Hydraulische stimulatie & ‘waste water’ injecties  vooral vermijden van connectiviteit met ‘critically stressed’ permeabele breuken in sokkel  nood aan een ‘basal seal’!

Zhang et al. 2013

Guy, Arkansas, USA, waste water injection earthquake swarm (10.2010 – 03.2011) Guy-Breenbrier thrust

Zhang et al. 2013


Hydraulische stimulatie & ‘waste water’ injecties  vooral vermijden van connectiviteit met ‘critically stressed’ permeabele breuken in sokkel  nood aan een ‘basal seal’!  ADAPTIVE TRAFFIC LIGHT SYSTEM

© AXPC 2013


“NAM acht de kans op aardbevingen onwaarschijnlijk omdat in Twente nooit trillingen gemeten zijn door KNMI, ook tijdens gaswinning.” NAM 2006

Geothermie & aardbevingen

 MW 3.4 2006 Basel aardbeving  Salton Sea Geothermal Field


Veroorzaakte ‘fracking’ de 2006 Basel aardbeving?  MW 3.4 – 7 december 2006


Veroorzaakte ‘fracking’ de 2006 Basel aardbeving?  MW 3.4 – 7 december 2006  ‘enhanced geothermal system’  verhoogde vloeistofdruk  verlaagde breukweerstand

einde ‘fracking’

begin ‘fracking’

© SED 2013


Spelen we met vuur?

Salton Sea geothermisch veld  wat met San Andreasbreuk?

Brodsky & Lajoie 2013

Waterwinning, mijnbouw, … & aardbevingen

 MW 5.1 2011 Lorca aardbeving  MW 5.6 1989 Newcastle aardbeving  MW 7.9 2008 Wenchuan aardbeving

Waterwinning & aardbevingen

Veroorzaakte glastuinbouw de 2011 Lorca aardbeving?  MW 5.1 – 9 slachtoffers – 11.03.2011  massaal ontrekken van grondwater  bodemdaling & ontlasting van breuk

Gonzalez et al. 2012

Mijnbouw & aardbevingen

Veroorzaakte mijnbouw de 1989 Newcastle (Australië) aardbeving?  ML 5.6 – 13 slachtoffers

Mijnbouw & aardbevingen

Veroorzaakte mijnbouw de 1989 Newcastle (Australië) aardbeving?  ML 5.6 – 13 slachtoffers – 3.8% 1989 BNP schade  JA!  200 jaar steenkoolmijnen  extractie van grondwater  ontlasting van breuken

Klose 2010

Stuwdammen & aardbevingen

Veroorzaakte vullen van stuwmeer achter Zipingpu dam de 2008 Wenchuan aardbeving?  vullen van stuwmeer in 2004/2005  320 miljoen ton water  statisch belasten van breuken

Klose 2012

Stuwdammen & aardbevingen

Veroorzaakte vullen van stuwmeer achter Zipingpu dam de 2008 Wenchuan aardbeving?  vullen van stuwmeer in 2004/2005  320 miljoen ton water  statisch belasten van breuken  verhoogde microseismiciteit  MW 7.9 Wenchuan aardbeving!

Klose 2012

Xiao et al. 2012

Gaswinning & aardbevingen

 MW 3.6 2012 Loppersum aardbeving


Veroorzaakte de gaswinning in Groningen de 2012 Loppersum aardbeving?  MW 3.6 – 16 augustus 2012

© Rijksoverheid Nederland 2013


Veroorzaakte de gaswinning in Groningen de 2012 Loppersum aardbeving?  MW 3.6 – 16 augustus 2012  JA!  wegnemen gasdruk  compactie

NAM 2013


Veroorzaakte de gaswinning in Groningen de 2012 Loppersum aardbeving?  MW 3.6 – 16 augustus 2012  JA!  wegnemen gasdruk  compactie © Rijksoverheid Nederland 2013


Veroorzaakte de gaswinning in Groningen de 2012 Loppersum aardbeving?  MW 3.6 – 16 augustus 2012  JA!  wegnemen gasdruk  compactie

NAM 2013


Wat nu met Groningse gaswinning en de geïnduceerde seismiciteit?  geofysiche parameters van compactiegerelateerde seismiciteit  geodynamische karakteristieken van breuken

NAM 2013


Wat nu met Groningse gaswinning en de geïnduceerde seismiciteit?  geofysiche parameters van compactiegerelateerde seismiciteit  geodynamische karakteristieken van breuken

NAM 2013


Wat nu met Groningse gaswinning en de geïnduceerde seismiciteit?  geofysiche parameters van compactiegerelateerde seismiciteit  geodynamische karakteristieken van breuken NAM 2013

Antropogene aardbevingen

Antropogene aardbevingen

© Lovett 2014

BELASTING

ONTLASTING

MW 7.9 Wenchuan aardbeving 12 mei 2008 68.000 slachtoffers

MW 5.1 Lorca aardbeving 11 maart 2011 9 slachtoffers

VLOEISTOFDRUK

MW 5.6 Oklahoma aardbeving 6 november 2011 0 slachtoffers

Risicomanagement

 hoe gaan we als maatschappij in de toekomst om met geïnduceerde seismiciteit?

Risicomanagement

Minimaliseren van het risico tijdens industriële activiteit  ADAPTIVE TRAFFIC LIGHT SYSTEM

© AXPC 2013

Risicomanagement

Minimaliseren van het risico tijdens industriële activiteit  ADAPTIVE TRAFFIC LIGHT SYSTEM  PDCA-cyclus: Plan, Do, Check, Act!

© AXPC 2013

Risicomanagement

Maximaliseren van maatschappelijk draagvlak voor industriële activiteit  proactionary principle  aanvaardbare risico?  outreach!

Risicomanagement

Maximaliseren van maatschappelijk draagvlak voor industriële activiteit  proactionary principle  aanvaardbare risico?  outreach!

Groningen

© telegraph.co.uk

Bronnenmateriaal

• Brodsky, E. E. & Lajoie, L. J. 2013. Anthropogenic Seismicity Rates and Operational Parameters at the Salton Sea Geothermal Field. Sciencexpress, 11 July 2013 (http://dx.doi.org/10.1126/science.1239213) • Clarke, H. et al. 2014. Felt seismicity associated with shale gas hydraulic fracturing: The first documented example in Europe. Geophysical Research Letters 41 (http://dx.doi.org/10.1002/2014GL062047) • Ellsworth, W. L. 2013. Injection-Induced Earthquakes. Science 341, 1225942. doi: 10.1126/science.1225942. • Gonzalez, P.J. et al. 2012. The 2011 Lorca earthquake slip distribution controlled by groundwater crustal unloading. Nature Geoscience 5, 821-825 (http://dx.doi.org/10.1038/ngeo1610) • Hough, S. 2014. Shaking from injection-induced earthquakes in the Central and Eastern United States. Bulletin of the Seismological Society of America 104, 2619-2626 (http://dx.doi.org/10.1785/0120140099) • Klose, C. 2010. Human-triggered earthquakes and their impacts on human security. Nature Precedings (http://dx.doi.org/10.1038/npre.2010.4745.3) • Klose, C.D. 2012. Evidence for anthropogenic surface loading as trigger mechanism of the 2008 Wenchuan earthquake. Environmental Earth Sciences 66, 1439-1447 (http://dx.doi.org/10.1007/s12665-011-1355-7) • Sibson, R.H. 2001. Seismogenic framework for hydrothermal transport and ore deposition. Reviews in Economic Geology 14, 25-50 (http://dx.doi.org/10.5382/Rev.14.02) • Skoumal, R.J. et al. 2015. Earthquakes induced by hydraulic fracturing in Poland Township, Ohio. Bulletin of the Seismological Society of America 105 (http://dx.doi.org/10.1785/0120140168) • Townend, J. & Zoback, M.D. 2000. How faulting keeps the crust strong. Geology 28, 399-402 (http://geology.gsapubs.org/content/28/5/399) • van der Elst, N.J. et al. 2013. Enhanced Remote Earthquake Triggering at Fluid-Injection Sites in the Midwestern United States. Science 341, 164-167. doi: 10.1126/science.1238948. • Xiao, F. et al. 2012. Did the Zipingu Dam trigger China’s 2008 earthquake? The scientific case. Probe International (http://probeinternational.org/library/wp-content/uploads/2012/12/Fan-Xiao12-12.pdf) • Zhang, Y. et al. 2013. Hydrogeologic controls on induced seismicity in crystalline basement rocks due to fluid injection into basal reservoirs. Groundwater (http://dx.doi.org/10.1111/gwat.12071)

Bronnenmateriaal

• AXPC 2013. Induced seismicity and the O & G industry (http://www.gwpc.org/sites/default/files/event-sessions/Bull_Jeff.pdf) • Durham Energy Institute 2013. What size of earthquakes can be caused by fracking? (https://www.dur.ac.uk/resources/dei/ResearchBrief_InducedSeismicity_final.pdf) • Lovett, R.A. 2014. Man-made earthquakes cause seismic rumblings (https://cosmosmagazine.com/earth-sciences/man-madeearthquakes-cause-seismic-rumblings) • NAM 2006. Milieueffectenrapportage Herontwikkeling olieveld Schoonebeek. Rapport II (hoofdstuk 18): waterinjectie (http://s00.static-shell.com/content/dam/shell-new/local/country/nld/downloads/pdf/waterinjectie-in-twente/rapport-iihoofdstuk18waterinjectie.pdf) • NAM. Waterinjectie in Twente (http://www.nam.nl/nl/our-activities/water-injection-in-twente.html) • NAM 2013. Technical addendum to the Winningsplan Groningen 2013. Subsidence, Induced Earthquakes and Seismic Hazard Analysis in the Groningen Field (zie http://www.tweedekamer.nl/kamerstukken/detail?id=2014D01490&did=2014D01490) • Lawrence Berkeley National Laboratory. Induced Seismicity: http://esd.lbl.gov/research/projects/induced_seismicity/ • USGS Earthquake Hazards Program: http://earthquake.usgs.gov/ • Marshak, S. 2008. Earth. Planet of a Planet. W.W. Norton & Company, New York. ISBN 978-0-393-11137-8 • Passchier, C.W. & Trouw, R.A.J. 2005. Microtectonics. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-540-64003-7 • van der Pluijm, B.A. & Marshak, S. 2004. Earth Structure. W.W. Norton & Company, New York. ISBN 978-0-393-92467-X

Over de spreker

Manuel Sintubin, PhD FGS

Professor in de Geodynamica Geodynamics & Geofluids Research Group Departement Aard- en Omgevingswetenschappen Katholieke Universiteit Leuven Celestijnenlaan 200E B-3001 Leuven [email protected] @ManuelSintubin EARTHLY MATTERS BLOG Earthly Matters, because Earth Matters

http://earthlymattersblog.wordpress.com PLANEET AAARDE Een uniek kosmische experiment

http://www.scilogs.be/planeet-aarde/

Wat met de dreiging van geïnduceerde aardbevingen?

Recommend Documents