Onderzoek naar aardbevingen en de relatie met activiteiten in de ondergrond

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Onderzoek naar aardbevingen en de relatie met activiteiten in de ondergrond"

Floris Verbeek
7 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 Onderzoek naar aardbevingen en de relatie met activiteiten in de ondergrond André Niemeijer Experimentele gesteentedeformatie /HPT Lab Faculteit Geowetenschappen Universiteit Utrecht

2 Een aardbeving is een plotselinge beweging in de aardkorst Platen bewegen ~1-15 mm/jaar De beweging kan gelijkmatig zijn of periodiek en schokkend => aardbevingen

3 Opgewekte aardbevingen als gevolg van menselijke activiteit Gas(druk) in ruimte tussen korrels Druk gaat omlaag door gas-extractie 3 km Bron:

niet overal even snel gebeurt => differential compaction (intern of langs breuken

4 Opgewekte aardbevingen als gevolg van menselijke activiteit Gas(druk) in ruimte tussen korrels Druk gaat omlaag door gas-extractie Hierdoor klinkt de bodem in wat niet overal even snel gebeurt => differential compaction (intern of langs breuken die het reservoir begrenzen) 3 km Bron: Bron:

5 Risico van natuurlijke aardbevingen We weten waar aardbevingen zullen gebeuren aan de hand van geregistreerde aardbevingen Parkfield voorbeeld: Gemiddeld 1 aardbeving elke 22 jaar Aardbeving op deze locatie zou gebeuren voor 1993 (Bakun en Lindh, Science, 1985)

Risico van natuurlijke aardbevingen We weten waar aardbevingen zullen gebeuren aan de hand van geregistreerde aardbevingen Parkfield voorbeeld: Gemiddeld 1 aardbeving elke 22 jaar Aardbeving op deze

6 Risico van natuurlijke aardbevingen We weten waar aardbevingen zullen gebeuren aan de hand van geregistreerde aardbevingen Parkfield voorbeeld: Gemiddeld 1 aardbeving elke 22 jaar Aardbeving op deze locatie zou gebeuren voor 1993 (Bakun en Lindh, Science, 1985) Aardbeving gebeurde in 2004 Probleem: geen volledige geschiedenis en geen fysische basis dus geen inschatting van de mogelijke grootte We kunnen het tijdstip van een aardbeving niet voorspellen.

7 Bron niet toegankelijk We meten alleen het effect aan de oppervlakte Aardbevingen gebeuren op 3-15 km diepte

8 Verplaatsing vindt plaats langs breukvlak breukvlakken 20 cm We kunnen wel geologische breuken bestuderen die nu aan het oppervlakte liggen, maar: - Complexe geschiedenis (tijdschaal) - Effect van het transport naar het oppervlakte?

niet vlak. Breuken zijn vaak gevuld met fijn poeder.

9 Fysische basis van aardbevingen: Wrijving is de sleutel ~ 2 cm ~20 cm Het oppervlakte van breuken is niet vlak. Breuken zijn vaak gevuld met fijn poeder. Wrijving op de (micro)schaal controleert de sterkte van de breuk!

10 Wat is wrijving? Eerste experimenten door Leonardo da Vinci: 1. Wrijving is onafhankelijk van het oppervlakte 2. Wrijving is evenredig aan het gewicht => F w = m * F n Geformuleerd als wetten door Amonton Coulomb s wet: wrijving is onafhankelijk van de snelheid Leonardo da Vinci ( ) Guillaume Amonton ( ) Charles-Augustine de Coulomb ( )

11 Wat is wrijving? Eerste experimenten door Leonardo da Vinci: 1. Wrijving is onafhankelijk van het oppervlakte 2. Wrijving is evenredig aan het gewicht => F w = m * F n Geformuleerd als wetten door Amonton Coulomb s wet: wrijving is onafhankelijk van de snelheid Leonardo da Vinci ( ) Guillaume Amonton ( ) Charles-Augustine de Coulomb ( ) Een contact bestaat uit een verzameling punt-contacten, afhankelijk van de normaalkracht

12 Coefficient van wrijving, m Wat is wrijving? effect van snelheid F n v De verzameling punt-contacten verandert met snelheid => Rate en State frictie (Dieterich, 1978,1979, Ruina, 1983) Langzaam SNEL (a-b) = m ss ln (V/Vo) Bepaalt of onstabiele beweging mogelijk is! Verplaatsing

13 Grootschalige modellen voor simulatie van de seismische cyclus Zicht op het breukvlak Lage snelheid Hoge snelheid (1 m/s) Model berekent de snelheid op elke punt in het model voor een bepaalde tijdsduur Gebaseerd op spring-slider model met Rate en State Frictie vergelijkingen

14 Spring-slider analoog model Gewicht = F n veer constante snelheid

15 Spring-slider analoog model Hoeveelheid en snelheid van beweging worden gecontroleerd door 1) De normaalkracht 2) De veerconstante 3) De wrijvingseigenschappen op het contact: (a-b) moet negatief zijn

16 Grootschalige modellen voor simulatie van de seismische cyclus Zicht op het breukvlak Modellen gebruiken (a-b) als input, maar tot nu toe als constante en gebaseerd op kamer temperatuur experimenten. Geen (micro)fysische basis voor variatie in (a-b)!

tot 300 MPa (~15-50 km) vloeistofdruk tot 300 MPa Verpoederd

17 Wrijving van breukgesteente: experimenten Rotary shear apparaat in Utrecht Experimenten onder in-situ condities temperatuur tot 700 C normaalkracht tot 300 MPa (~15-50 km) vloeistofdruk tot 300 MPa Verpoederd breukgesteente Snelheid 3 nm/s tot 300 mm/s initiatie van aardbevingen 28 mm Breukgesteente

18 Wrijving van breukgesteente: experimenten (a-b) verandert met temperatuur! Manier van bewegen verandert: Instabiel gedrag op hoge temperatuur (a-b) neemt toe met toenemende diepte (druk en temperatuur)

19 Van experiment naar natuur Variatie in wrijving als functie van diepte (temperatuur, druk, vloeistof, etc.) Tijd en lengte schaal veel korter en kleiner in experiment => Microfysische basis en model noodzakelijk Dagen jaren 28 mm ~1000 km ~ 1 mm Processen identiek? ~ 1 mm

20 Onderzoeksproject SEISMIC Laboratorium experimenten Microfysisch begrip Microschaal model Earthquake simulator

21 Aantal Bepaling van mogelijke kracht van natuurlijke aardbevingen Geen wet die dit beschrijft! Chiaraluce, et al 2007?? Magnitude Doel van SEISMIC: Simulatie van de seismische cyclus voor een breuk in Centraal-Italië Evaluatie van het model door middel van vergelijking met historische seismiciteit Uiteindelijk toepasbaar voor situaties van opgewekte seismiciteit

22 Dank u voor uw aandacht! Energie van M MJ (10 6 ) Energie van M w 9.0: 2.0 EJ (10 18 ) 60 x x

Vergelijkbare documenten

Trillingen in het Noorden: De oorzaak van bodemdaling en aardbevingen in Groningen

Leidse Winterlezing 11 November, 2018 Trillingen in het Noorden: De oorzaak van bodemdaling en aardbevingen in Groningen Prof. Chris Spiers Hoge Druk en Temperatuur Laboratorium (HPT Lab) Faculteit Geowetenschappen