Wat met de dreiging van geïnduceerde aardbevingen?
advertisement
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 Wat is een aardbeving? “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 Wat is een aardbeving? “trillingen veroorzaakt door het vrijkomen van elastische vervormingsenergie wanneer gesteentemassa’s in de ondergrond breken of langsheen bestaande breukvlakken verschuiven” Wat is een aardbeving? “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 Wat is een aardbeving? “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 Wat is een aardbeving? “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 Wat is een aardbeving? momentmagnitude MW Maule, Chili – MW 8.8 – 2010 Haïti – MW 7.0 – 2010 © USGS 2010 Wat is een aardbeving? ‘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 Knoei niet met de wrijving! Wrijving houdt een breuk bijeen! Marshak 2008 Knoei niet met de wrijving! Wrijving houdt een breuk bijeen! omgevingsdruk schuifspanning schuifspanning veroorzaakt breukbeweging AARDBEVING normaalspanning schuifspanning normaalspanning Van der Pluijm & Marshak 2004 Knoei niet met de wrijving! Wrijving houdt een breuk bijeen! MAGNITUDE omgevingsdruk schuifspanning schuifspanning veroorzaakt breukbeweging AARDBEVING extra belasting normaalspanning schuifspanning normaalspanning Van der Pluijm & Marshak 2004 Knoei niet met de wrijving! Wrijving houdt een breuk bijeen! MAGNITUDE omgevingsdruk schuifspanning schuifspanning veroorzaakt breukbeweging AARDBEVING ontlasting normaalspanning schuifspanning normaalspanning Van der Pluijm & Marshak 2004 Knoei niet met de wrijving! Wrijving houdt een breuk bijeen! MAGNITUDE omgevingsdruk schuifspanning schuifspanning veroorzaakt breukbeweging AARDBEVING vloeistofdruk normaalspanning schuifspanning normaalspanning Van der Pluijm & Marshak 2004 Knoei niet met de wrijving! Wrijving houdt een breuk bijeen! MAGNITUDE omgevingsdruk schuifspanning schuifspanning veroorzaakt breukbeweging AARDBEVING vloeistofdruk normaalspanning schuifspanning normaalspanning Van der Pluijm & Marshak 2004 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 Antropogene aardbevingen? 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 Antropogene aardbevingen? 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 Antropogene aardbevingen? sterke toename van geïnduceerde seismiciteit sinds ‘60 Klose 2010 Klose 2010 Antropogene aardbevingen? ‘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 Schaliegasontginning & aardbevingen Veroorzaakte ‘fracking’ de 2011 Oklahoma aardbeving? MW 5.6 – 6 november 2011 Schaliegasontginning & aardbevingen Veroorzaakte ‘fracking’ de 2011 Oklahoma aardbeving? MW 5.6 – 6 november 2011 Injection wells stimulation wells epicentrum Schaliegasontginning & aardbevingen Veroorzaakte ‘fracking’ de 2011 Oklahoma aardbeving? MW 5.6 – 6 november 2011 NEEN! © DEI 2013 Schaliegasontginning & aardbevingen 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 Schaliegasontginning & aardbevingen 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 Schaliegasontginning & aardbevingen 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 Schaliegasontginning & aardbevingen Veroorzaakte ‘fracking’ de 2011 Blackpool aardbeving? ML 2.3 – 1 april 2011 JA! Clarke et al. 2014 Schaliegasontginning & aardbevingen Veroorzaakte ‘fracking’ de 2011 Blackpool aardbeving? ML 2.3 – 1 april 2011 JA! © DEI 2013 Clarke et al. 2014 Schaliegasontginning & aardbevingen Veroorzaakte ‘fracking’ de 2014 Poland Township (Ohio) aardbeving? ML 3.0 – 10 maart 2014 JA! © DEI 2013 Skoumal et al. 2015 Schaliegasontginning & aardbevingen 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 Schaliegasontginning & aardbevingen 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 Schaliegasontginning & aardbevingen “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 Geothermie & aardbevingen Veroorzaakte ‘fracking’ de 2006 Basel aardbeving? MW 3.4 – 7 december 2006 Geothermie & aardbevingen 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 Geothermie & aardbevingen 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 Gaswinning & aardbevingen Veroorzaakte de gaswinning in Groningen de 2012 Loppersum aardbeving? MW 3.6 – 16 augustus 2012 © Rijksoverheid Nederland 2013 Gaswinning & aardbevingen Veroorzaakte de gaswinning in Groningen de 2012 Loppersum aardbeving? MW 3.6 – 16 augustus 2012 JA! wegnemen gasdruk compactie NAM 2013 Gaswinning & aardbevingen Veroorzaakte de gaswinning in Groningen de 2012 Loppersum aardbeving? MW 3.6 – 16 augustus 2012 JA! wegnemen gasdruk compactie © Rijksoverheid Nederland 2013 Gaswinning & aardbevingen Veroorzaakte de gaswinning in Groningen de 2012 Loppersum aardbeving? MW 3.6 – 16 augustus 2012 JA! wegnemen gasdruk compactie NAM 2013 Gaswinning & aardbevingen Wat nu met Groningse gaswinning en de geïnduceerde seismiciteit? geofysiche parameters van compactiegerelateerde seismiciteit geodynamische karakteristieken van breuken NAM 2013 Gaswinning & aardbevingen Wat nu met Groningse gaswinning en de geïnduceerde seismiciteit? geofysiche parameters van compactiegerelateerde seismiciteit geodynamische karakteristieken van breuken NAM 2013 Gaswinning & aardbevingen 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/
