SEISMIK

TEKNIK ▼

SEISMIK

Med traditionell fracking har det skapats flera miljoner ”frackade” zoner där olja och gas utvinns och naturligtvis har oönskade händelser inträffat där seismiska rörelser har orsakat såväl skador på byggnader som förstört grundvatten.

Vi vill poängtera att vi inte använder fracking utan en betydligt mildare metod för att öppna och rensa fyllda sprickor. Fracking innebär att man skapar sprickor där det inte finns några sprickor sedan tidigare. Man använder då våldsamma och inte sällan svårkontrollerade metoder. Den stimulering vi använder innebär att vi kan spola sprickor under mycket lång tid för att få bort så mycket som möjligt av det material som blockerat sprickorna.

Att skapa och vidga sprickor har använts sedan urminnes tider. Från mitten av 1800-talet användes nitroglycerin och därefter dynamit för att komma åt oljan eller gasen.

Även kärnladdningar har använts men resultaten blev inte vad man tänkt sig då de höga temperaturerna som uppstod omformade berget till glas. I Sverige används en form av uppspräckning dagligdags då man ”trycker” vattenbrunnar med högt tryck för att åstadkomma ett bättre vattenflöde och metoden beskrivs i det styrande dokumentet ”Normbrunn – 16 Vägledning För Att Borra Brunn”, utgiven av Sveriges geologiska undersökning.

Begreppet seismiska händelser uppfattas av många som skrämmande och visst finns det fog för detta. Större jordbävningar har vållat kolossala skador och många dödsfall.

Jordens översta skikt är uppdelat i flera plattor som ständigt rör sig i förhållande till varandra. Detta skikt kallas litosfären

och plattorna glider omkring, krockar och skaver mot varandra. I gränserna mellan plattorna finns stora förkastningar eller skjuvzoner i jordskorpan.

Friktionen i zonerna gör att rörelserna är långt ifrån smidiga. Det är istället så att rörelserna i jordskorpan aldrig är jämna utan upplevs som plötsliga och ofta kan effekterna av dem bli allvarliga.

De seismiska händelserna uppstår när den naturliga spänningen i berggrunden förändras. Den största spänningen är den som går vågrätt, i sidled, inte som man kanske skulle kunna tro lodrätt, alltså uppifrån och ner.

Seismiska händelser eller jordbävningar förekommer ofta i Sverige Svenska Nationella Seismiska Nätet, SNSN, registrerar i genomsnitt ett till två jordskalv per dygn i Sverige. Under de senaste tio åren har vi haft i genomsnitt 17 skalv per år med magnitud 2 eller större, 5 skalv per år med magnitud 2,5 eller större och 1 till 2 skalv per år med magnitud 3 eller större. Det största skalvet de senaste tio åren inträffade den 15 september 2014 söder om Lillhärdal i sydligaste Jämtland och hade en magnitud på 4,1.

På bilden ovan syns registreringen vid ett stimuleringsarbete samtidigt som en större jordbävning inträffade i Japan. Ingen kunde påstå att de kände av den större jordbävningen.

Lokala jordskalv uppstår till exempel när man spränger vid byggarbetsplatser och till och med när en fullastad långtradare kör över en ojämnhet i vägen eller ett tåg kör över en skarv i spåret.

På bilden ovan visas utslagen från passerande tåg samtidigt som de seismiska händelserna från stimuleringen registrerades. För att ange styrkan hos jordbävningar används Richterskalan som är en logaritmisk skala där varje steg eller magnituden motsvarar en ökning av våghöjden eller skakningen med 10 gånger. Detta motsvarar ca 32 gånger mer energi. En jordbävning på 3 – 4 är knappt märkbar medan en på 8 eller mer kan ödelägga städer. Jordbävningar på cirka 8,0 inträffar i genomsnitt en gång per år medan ännu större jordbävningar inträffar mer sällan.

I våra metoder använder vi tryck som understiger bergspänningen och dessutom ser vi till att inte pumpa i större sprickzoner.

Detta för att följa regeln, inga stora sprickor – inga stora seismiska händelser.

Mer om seismik

Jordbävning

Denna term används för att beskriva både en plötslig glidning i en spricka, och den resulterande skakningen i marken och utstrålningen av seismisk energi som orsakas av glidningar eller av vulkanisk eller magmatisk aktivitet, eller andra plötsliga spänningsförändringar i jorden (USGS definition). Enligt Merriam-Websters definition är en jordbävning en skakning eller skälvning av jorden som har ett vulkaniskt eller tektoniskt ursprung.

Seismiska vågor

När en jordbävning inträffar frigör den energi i form av seismiska vågor som strålar ut från jordbävningen i alla riktningar. De olika typerna av energivågor skakar marken på olika sätt och de färdas även genom jorden i olika hastigheter. Den snabbaste vågen, och därför den första som kommer att kännas kallas P-vågen. P-vågen, eller kompressionsvågen, komprimerar och expanderar växelvis material i samma riktning som den färdas. S-vågen är långsammare än P-vågen och anländer efter P-vågen. Den skakar marken upp och ner och fram och tillbaka, vinkelrätt mot den riktning den färdas. Ytvågorna följer P- och S-vågorna.

Seismisk händelse

En seismisk händelse är en generisk term för händelser där energi frigörs i jordskorpan vilket resulterar i en serie seismiska vågor. Eftersom en jordbävning för gemene man innebär en skakning av jorden som känns av människor eller djur används termen seismisk händelse eller mikroseismisk händelse ofta av geoforskare vid kommunikation med allmänheten om mindre och mikrojordbävningar. Många seismiska händelser är för små för att kännas, och kan endast mätas med precisionsinstrument.

MMI	Max markacceleration (g)	Max markhastighet (cm/s)	Upplevd skakning	Risk för skador
I	<0,0017	<0,1	Känns inte	Inga
II-III	0,0017-0,014	0,1-1,1	Mycket svag	Inga
IV	0,014-0,039	1,1-3,4	Svag	Inga
V	0,039-0,092	3,4-8,1	Medel	Mycket små
VI	0,092-0,18	8,1-16	Stark	Små
VII	0,18-0,34	16-31	Mycket stark	Medel
VIII	0,34-0,65	31-60	Svår	Medel till svåra

Jordbävningars storlek och utbredningar

Det har länge varit känt att små jordbävningar är mycket vanligare än stora jordbävningar. Detta förhållande kan uttryckas med en formel som kallas Gutenberg-Richter relationen:

log (N) = a ‐ bM

där N är antalet händelser som har en magnitud som är större än eller lika med M, och a och b är parametrar som passar till data. Parametern b, som kallas b-värdet, är vanligtvis nära ett, vilket innebär att för varje logaritmisk minskning i magnitud finns det ungefär 10 gånger så många jordbävningar. De flesta av de jordbävningar som genereras av EGS-stimulering kommer att ha en magnitud mindre än 2,0. Över hela världen beräknas det ske över 36 000 händelser av detta storleksintervall per dag.

Skjuvglidning

Glidning är den relativa förskjutningen av tidigare intilliggande punkter på motsatta sidor av en spricka, mätt på sprickytan. Skjuvglidning kan uppstå seismiskt eller aseismiskt (utan att skapa seismiska vågor).

Seismometer och seismogram

En seismometer är ett instrument som används för att spela in seismiska vågor som genereras av jordbävningar på ett seismogram.

Nedan visas antal jordbävningar i världen fördelat på magnitud.

Klass	Magnitud	Genomsnitt per år	Genomsnitt per dag
Stor	8 och högre	1
Större	7-7,9	15
Stark	6-6,9	134
Medel	5-5,9	1319	4
Lätt	4,4,9	13 000 (uppskattat)	36
Mindre	3-3,9	130 000 (uppskattat)	360
Mycket liten	2-2,9	1 300 000 (uppskattat)	3 600
Mikro	1-1,9	13 000 000 (uppskattat)	36 000

Mikroseismiskt nät

Många seismometrar installeras i nätverk eller matriser spridda över det området som är av intresse för att lokalisera seismiska händelser i regionen. För att bestämma platsen för seismiska händelser identifierar seismologer ankomsttiderna för P- och S-vågor på seismogrammen för alla instrument som har registrerat de seismiska vågorna. Dessa ankomsttider kallas ofta P‐picks och S‐picks. Teoretiskt kan 3 P‐picks och 3 S‐picks användas för att triangulera platsen för en seismisk händelse. I praktiken ger 5 P‐picks och 2 S-picks en acceptabel platsnoggrannhet på en mikroseismisk matris som den som beskrivs nedan, och 7 P-picks och 3 S-picks ger god platsnoggrannhet (Gillian Foulger, personlig kommunikation).

Hypocenter och Epicenter

Hypocenter är den punkt i jorden där jordbävningen börjar. Epicentrum är den punkt direkt ovanför hypocenter på jordens yta.

Magnitud

Magnituden av en jordbävning bestäms från logaritmen av amplituden av vågorna som registrerats på ett seismogram vid en viss period. Den ursprungliga magnitudskalan var Richter skalan, vanligen betecknas som M_L.

Moment och Momentmagnitud

Moment är en fysisk kvantitet proportionell mot glidningen i en spricka gånger ytan på den sprickyta som glider. Det är relaterat till den totala energi som frigörs i den seismiska händelsen, och betecknas Mo. Ögonblicket kan uppskattas från seismogram. Ögonblicket omvandlas sedan till ett tal som liknar andra jordbävningsstorlekar med en standardformel. Resultatet kallas momentmagnitud (M_W). Momentmagnitud ger en uppskattning av jordbävningen storlek som gäller över hela skalan av magnitud, en egenskap som saknades i tidigare skalor såsom Richterskalan. Därför föredrar seismologer nu momentmagnitud som skala och det är vanligt att använda bara magnitud och M för att hänvisa till momentmagnitud.

Jämförelse av energi som frigörs

Formeln för att relatera momentmagnitud (Mw) med moment (Mo) i dyne centimeter (dyn-cm):

M_W = log₁₀ (Mo) / 1,5 ‐ 10,7

En dyn-cm är lika med 1×10^-7 newtonmeter.

Rent praktiskt visar detta att för varje ökning i momentmagnitud ökar den totala seismiska energin 31,6 gångers (i formeln mer exakt 10 ^1,5) . Det innebär att en händelse med M 3,5 frigör samma mängd energi som cirka trettiotvå händelser med M 2,5 och en jordbävning med magnitud 6 frigör c:a 32 gånger mer energi än en magnitud 5 (och en magnitud 7 följaktligen c:a 1000 gånger mer energi än en med magnitud 5).

Richterskalan och den numera använda moment-magnitudskalan är ett mått på jordbävningars magnitud, styrka. Skalan är logaritmisk och en enhets ökning av magnitud innebär 10x ökning av styrkan. Exempelvis är en jordbävning av magnitud 6, 10 gånger starkare än en jordbävning på magnitud 5. Vidare är en jordbävning med magnitud 7, 100 gånger starkare än en jordbävning på magnitud 5.

Intensitet

Den subjektiva skalan, som mäter den observerade påverkan jordbävningen har på byggnader och på naturen är oftast ”Modified Mercalli Intensity Scale” (MMI). Det är en 12-gradig skala där de olika intensiteterna beskrivs i termer som ”hängande objekt svajar” (MMI II), ”puts och svaga skorstenar spricker” (MMI VI) och ”de flesta tegelbyggnader kollapsar” (MMI X). MMI-skalan har 12 intensitetsnivåer där nivå 1 är lägst och kännetecknas av mindre skakningar som uppfattas av seismiska instrument. Den högsta nivån 12 beskrivs som total förstörelse.

Markhastighet och acceleration

Markhastighet är ett mått på hur snabbt en punkt på marken skakar som ett resultat av att seismiska från en jordbävning vågor passerar. Under en jordbävning, ger skakningar i marken också acceleration, övergången från en hastighet till en annan. Markhastighet och acceleration minskar med avstånd från jordbävningens epicentrum. Högsta markhastigheten (PGV) och högsta markacceleration (PGA) är den största hastighet och acceleration som registreras av en viss station under en jordbävning. Både PGV och PGA kan användas för att kvantifiera risken för skador från en jordbävning. Ingenjörer använder vanligtvis PGV, eller partikelhastighet, medan seismologer oftare använder PGA. Markhastighet och acceleration mäts båda på speciella seismometrar som kallas Strong Motion Sensors (SMS). PGA kvantifieras vanligtvis med avseende på gravitation (g).