[x]
17. maí 2021

Hvar og hvernig myndast jarðskjálftar?

Skjálftamælanet Tékknesku vísindaakademíunnar (REYKJANET) þekur Reykjanesskagann nokkuð vel allt að Geitafelli í austri. Hvar og hvernig myndast jarðskjálftar?
Hvaða áhrif hafa jarðhitanýting, vökvastreymi og jarðskorpuhreyfingar á jarðskjálftavirkni?
Þetta eru spurningar sem m.a. er vonast til að hægt verði að svara í rannsóknarverkefni sem nýlega fór af stað hjá ÍSOR. Niðurstöður verkefnisins verða m.a. notaðar til að útbúa leiðbeiningar um hvernig standa skuli að jarðhitavinnslu og niðurdælingu m.t.t. jarðskjálftavirkni á virkum jarðskjálftasvæðum, en einnig verður innan verkefnisins  prófuð og þróuð ýmiss konar úrvinnsla jarðskjálftagagna við jarðhitarannsóknir.

Rannsóknarverkefnið nefnist NASPMON (NAtural Seismicity as a Prospecting and MONitoring tool for geothermal energy extraction). Þetta er samstarfsverkefni Íslendinga og Tékka; nánar tiltekið ÍSOR og tveggja deilda innan Tékknesku vísindaakademíunnar (CAS) - Institute of Geophysics (IG) og Institute of Rock Structure and Mechanics (IRMS) – auk Raunvísindadeildar Charles háskólans (CU) og er til fjögurra ára. Hægt er að fylgjast með verkefninu á heimasíðu þess og á Twitter

Gylfi Páll Hersir jarðeðlisfræðingur leiðir verkefnið hér á landi. Það er styrkt af Kappa rannsóknaráætlun, sjóði Evrópska efnahagssvæðisins og Noregs. 

Verkefninu er skipt upp í átta vinnuhópa og leiðir ÍSOR þrjá þeirra:

  • Verkefnastjórnun (Project Management (VP1)) 
  • Gagnaöflun og gagnageymsla (Data acquisition and data archiving (VP2)) – Egill Árni Guðnason
  • Sjálfvirk úrvinnsla og staðsetning jarðskjálfta (Automatic Data Processing: detection and location of earthquakes (VP3)) – Þorbjörg Ágústsdóttir
  • Skjálftavirkni:  Greining í tíma og rúmi (Seismic activity: Time and space analysis (VP4)) 
  • Brotlausnir jarðskjálfta og spennugreining (Earthquake Source Mechanisms and stress analysis (VP5)) 
  • Hraðalíkön af jarðskorpunni (Crustal Seismic Models (VP6)) 
  • Líkangerð og hættumat (Ground motion model: Input for hazard assessment (VP7))
  • Þverfagleg túlkun (Multi-Disciplinary interpretation (VP8)) – Gylfi Páll Hersir

Unnið við skjálftanetið á Reykjanesskaga. Ljósmynd Egill Árni Guðnason. ÍSOR hefur unnið með Tékknesku vísindaakademíunni (CAS) frá árinu 2013, en Akademían hefur rekið 15 skjálftamæla á Reykjanesskaga í samvinnu við ÍSOR. Hafa mælarnir (gögnum frá átta þeirra er streymt í rauntíma til Veðurstofunnar frá ÍSOR með sérstöku samkomulagi), ásamt 8 mælum frá Veðurstofu Íslands gegnt lykilhlutverki náttúruvárvöktunar á Reykjanesskaganum síðasta árið.

ÍSOR hefur jafnframt fylgst með jarðskjálftavirkni á öðrum háhitasvæðum á landinu og byggt upp þekkingu á búnaði til að fylgjast með henni, m.a. vali á hentugum skjálftanemum og skráningartækjum ásamt uppsetningu mælistöðva. Skjálftagögnum er nú yfirleitt streymt í rauntíma gegnum þráðlaus net og GSM tækni á skrifstofur ÍSOR. Orku er aflað með vindrellum og sólarrafhlöðum. 

Að sögn Gylfa Páls er þetta verkefni afar mikilvægt fyrir skjálftahópinn hjá ÍSOR. Þarna gefst hópnum tækifæri til að þróa áfram kunnáttu sína og færni, sem eykur enn frekar möguleika hópsins til að takast á við ný verkefni á sviði þar sem framfarir eru örar. Jafnframt er mjög spennandi að fá þarna tækifæri til þess að vinna með gögn frá þessu mikla umbrotasvæði sem Reykjanesskaginn er, einmitt þegar hlutirnir eru að gerast. Það eru margir sem öfunda okkur af þessu verkefni og gögnunum sem við vinnum með næstu árin.

Til að skýra enn betur út mikilvægi þess að þekkja jarðskjálfta og orsakir þeirra þá er hér birtur styttri texti frá Gylfa Páli Hersi um jarðskjálftarannsóknir sem birtist í Ársskýrslu ÍSOR 2019.

Jarðskjálftabylgjur eru af tvennum toga. Annars vegar af okkar völdum (e. active seismics) og hins vegar af náttúrulegum völdum (e. passive seismics). 

Jarðskjálftar af okkar völdum, þar sem við höfum stjórn á uppsprettunni, verða til með því að búa til skjálftabylgjur við yfirborð jarðar, ýmist með sprengingum eða þungum höggum. Skjálftabylgjurnar berast um jarðskorpuna með mismunandi hraða eftir gerð berglaganna og er fartíminn skráður með skjálftanema og skráningartæki. Fartíminn veitir mikilvægar almennar upplýsingar um gerð jarðskorpunnar og efri hluta möttuls. Oftast eru skjálftanemarnir hafðir á yfirborði jarðar. Þessi aðferð hefur þó ekki reynst sérlega notadrjúg við rannsóknir á háhitasvæðum, vegna fjölda hallandi hraunlaga nærri yfirborði. Í IMAGE-rannsóknarverkefninu, sem ÍSOR tók þátt í fyrir nokkrum árum, var gerð tilraun til að renna skjálftanemum niður eftir tveimur djúpum borholum á Kröflusvæðinu og skrá skjálftabylgjur frá jarðskjálftum sem búnir voru til. Þessi aðferð (e. VSP) reyndist vel og gaf mikilsverðar upplýsingar en er nokkuð kostnaðarsöm. 

Jarðskjálftar af náttúrulegum völdum. Í tímans rás hleðst upp spennuorka í berginu vegna þrýstings, aðallega út af plötuhreyfingum jarðskorpunnar en líka af öðrum ástæðum, t.d. kvikuhreyfinga. Þegar spennan nálgast brotþol bergsins þarf bara rétt lokahnykkinn til þess að bergið bresti í jarðskjálfta. Niðurdæling borholuvökva getur oft verið þessi lokahnykkur eins og gerðist t.d. við Húsmúla nærri Hellisheiðarvirkjun árið 2011 og leiddi til töluverðrar skjálftavirkni. Þá er talað um örvaða jarðskjálfta (e. induced seismicity). Örvaðir jarðskjálftar eru sums staðar notaðir til þess að opna sprungur og búa þar með til betri lekt. 

Það hefur færst í vöxt hérlendis sem erlendis að safna skjálftagögnum af háhitasvæðum, bæði sem veigamiklum þætti í yfirborðsrannsóknum og eins til þess að fylgjast með viðbrögðum jarðhitakerfisins við vinnslu og niðurdælingu. Skjálftamælingar eru ásamt viðnáms- og þyngdarmælingum þær jarðeðlisfræðiaðferðir sem helst er beitt við könnun háhitasvæða og nýtast til þess að fá fram gleggri mynd af gerð og eiginleikum svæðisins, þar með talið hvar vænlegast sé að staðsetja borholur með tilliti til góðrar lektar. Heildarmynd jarðhitakerfa grundvallast einmitt á niðurstöðum margra jarðvísindagreina en ekki hvað síst á samtúlkun þeirra. 

Jarðskjálfta má nota til að kortleggja virkar sprungur en þar eru oft að finna aðfærsluæðar jarðhitavökvans fremur en í þeim sprungum sem eldri eru og óvirkar. Það má segja að skjálftavirkni samfara aukinni lekt sé grundvöllur jarðhitavinnslu. Í sinni einföldustu mynd lýsa brotlausnir jarðskjálfta hreyfingu á þeirri sprungu sem jarðskjálftinn varð á. Þannig gefa brotlausnir til kynna hvort sprungur opnist eða hvort eingöngu sé um að ræða samhliða hreyfingu brotflatanna. Jarðskjálftar gefa líka upplýsingar um dýpið á þann flöt þar sem bergið hættir að brotna vegna þess að jarðskorpan er orðin deig vegna hás hita og er ekki lengur brotgjörn (e. brittle/ductile transition). Þessi jafnhitaflötur hvelfist gjarnan upp undir háhitasvæðum og eru jarðskjálftar neðan hans fátíðir. Þar er hitagjafa jarðhitakerfisins oftast að finna. 

Skjálftamælanet Tékknesku vísindaakademíunnar (REYKJANET) þekur Reykjanesskagann nokkuð vel allt að Geitafelli í austri.

Skjálftamælanet Tékknesku vísindaakademíunnar (REYKJANET) þekur skagann nokkuð vel allt að Geitafelli í austri. Mælistöðvar eru sýndar á meðfylgjandi mynd með rauðum hring. Þessir 15 skjálftamælar eru einu mælarnir á þessu mikla umbrotasvæði sem hafa skráð jarðskjálfta samfellt síðustu árin að undanskildum 8 skjálftamælum Veðurstofunnar. Samanlagt hafa þessar 23 mælistöðvar gegnt lykilhlutverki við náttúruvárvöktun, og eins til frekari skilnings á því hvað þarna er í gangi. Skjálftagögnum frá 8 af 15  skjálftamælum í REYKJANETI er streymt til Veðurstofunnar frá ÍSOR með sérstöku samkomulagi vegna náttúruvárvöktunar. Kortagerð Egill Árni Guðnason.