Aardbevingen en gaswinning

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