Macroseismologie

Seismologie houdt zich hoofdzakelijk bezig met het vergaren van seismische data die wordt opgenomen door seismometers geïnstalleerd in een seismisch netwerk . Dit dient om aardbevingen te kunnen detecteren en lokaliseren. Aardbevingen gebeurden echter al lang voordat men ze kon meten. Door historische getuigenissen en waarnemingen over gevoelde aardbevingen te verzamelen kan de impact van een aardbeving worden in kaart gebracht. De magnitude en diepte van historische events kan worden berekend uit de ruimtelijke verspreiding van deze getuigenissen. Voor de eerste moderne intensiteitsschaal wordt gewoonlijk naar De Duitse mathematicus P.N.G. Egen gerefereerd die deze opstelde na de M_s ~4.6 aardbeving nabij Jauche in België op 28 februari 1828. Later baanbrekend onderzoek van Nicholas Ambraseys in de Jaren ’70 heeft de enorme waarde van het bestuderen van historische aardbevingen aangetoond. Read more about this on our page Historical Seismology.

Sinds 1932, kort na de M_L 4.7 Uden aardbeving, telkens wanneer een aardbeving wordt gevoeld, zendt de Koninklijke Sterrenwacht van België (KSB) een officiële vragenlijst uit naar elke Belgische gemeente om een intensiteitskaart te kunnen maken van het gebied waarin de aardbeving werd waargenomen. Aan de hand van de antwoorden wordt er een gemiddelde intensiteitswaarde toegekend aan elke gemeente wat resulteert in een officiële gemeentelijke intensiteitskaart. Het succes van deze methode werd in België een eerste keer aangetoond door Somville (1939). Hij verzamelde alle getuigenissen van de grootste instrumentale aardbeving ooit gemeten op Belgisch grondgebied, namelijk de 11 juni 1938 Zulzeke-Nukerke (nabij Oudenaarde) M_s 5.0 aardbeving. De ruimtelijke verbreiding van de schade van deze aardbeving kon hoofdzakelijk worden bepaald door een statistische studie van afgebroken schoorstenen. Opmerkelijk is dat het gebied waarin aardbevingsschade werd gerapporteerd een elliptische vorm had: in oostelijke en westelijke richting werden intensiteiten VI en VII tot wel 160 km ver genoteerd, terwijl in noordelijke richting van het epicentrum intensiteit VI slechts werd waargenomen tot 50 km ver (Figuur 1).

Schade aan de oppervlakte is niet alleen afhankelijk van de grootte (magnitude) van de seismische bron, maar ook van het traject afgelegd door seismische golven, de afstand tot de bron en de mogelijke versterkende of verminderende effecten door de lokale geologie, « het site effect ». Onderzoek naar sterke grondbewegingen veroorzaakt door aardbevingen heeft aangetoond dat de geologische structuur van een site, in het bijzonder de aanwezigheid van zachte sedimenten, de waarneming van aardbevingstrillingen aan de oppervlakte sterk kan veranderen. Om macroseismische kaarten correct te interpreteren is dus een grondige kennis van de lokale geologie nodig. In centraal België is de geringe diepte tot de sokkelgesteenten van het Brabant Massief (een geologisch massief dat zich uitstrekt van Vlaanderen tot Londen) voornamelijk de oorzaak voor een lokale versterking van de grondbewegingen veroorzaakt door bijvoorbeeld de 1938 aardbeving (Nguyen et al., 2004), door andere latere aardbevingen.

De M_L 5.8 Roermond aardbeving (NL) om 03u20 (lokale tijd) op 13 april 1992 was het grootste seismische event dat ooit werd opgemeten in Nederland en was één van de grootste aardbevingen van de 20^e eeuw in NW Europa. Deze aardbeving werd gevoeld in Nederland, België, Luxemburg, Duitsland, Frankrijk tot zelfs in de Tsjechische republiek, Zwitserland, het Verenigd Koninkrijk en Oostenrijk. Belangrijke schade aan gebouwen werd enkel gerapporteerd in het epicentrum te Roermond. Na de aardbeving werden alle macroseismische gegevens van alle landen waarin de aardbeving werd gevoeld verzameld. Deze internationale samenwerking, waartoe ook de KSB bijdroeg, leidde tot onderstaande grensoverschrijdende macroseismische kaart van de Roermond aardbeving (Haak et al., 1994).

En toen verscheen het Internet…

Sinds 2002 wordt de officiële papieren vragenlijst aangevuld met een online internet macroseismische enquête: « Heeft U een aardbeving gevoeld? » (“Did You Feel It?”, DYFI). Onze online vragenlijst werd opgemaakt naar de originele enquête van de Amerikaans Geologische Dienst (USGS) opgesteld na pioneering onderzoek door David Wald en collega’s (Wald et al. 1999). De KSB vragenlijst is vertaald in 4 talen (Nederlands, Frans, Duits en Engels) om een zo groot mogelijk taalgebied te bestrijken. De online DYFI resultaten laten ons toe om op een snelle en automatische manier een online gemeentelijke macroseismische intensiteitskaart te maken. Hiermee kunnen de lokale autoriteiten en bevolking worden geïnformeerd over het getroffen gebied en over potentiële schadegevallen. Deze informatie is complementair aan de registraties in het seismische netwerk en dient om aardbevingen en hun impact in België te bestuderen. Wanneer rapporten online worden ingediend onmiddellijk na een gevoelde aardbeving, wordt de macroseismische kaart online elke 5 minuten vernieuwd (Lecocq et al., 2009).

In 2011 trad het Erdbebenstation Bensberg (BNS, Universiteit van Keulen) toe tot de online bevraging van de KSB. Hierdoor kunnen Duitse burgers hun ervaring over een gevoelde aardbeving indienen op het KSB-BNS netwerk en door de samenwerking wordt er een Belgisch – Duitse macroseismische kaart in real-time gegenereerd. Deze grensoverschrijdende samenwerking is uniek in de wereld!

In een officiële gemeentelijke intensiteitskaart wordt de gemiddelde intensiteit per gemeente weergegeven. Omdat gemeentegrenzen in sé onregelmatig zijn, is de intensiteitsverdeling op een dergelijke kaart zeer heterogeen. In 2014 ontwikkelde de seismologische dienst een eigen algoritme om de coördinaten van de ingediende adressen te geolokaliseren tot op het straatdetail. Sinds 2015 groeperen we deze gegeocodeerde adressen in gelijkvormige gridcellen (van 25 km2 of 100 km2) en wordt er een intensiteitswaarde toegekend aan elke cel op basis van de antwoorden die in die cel liggen. Dit gebeurt in een GIS programma. Deze methodologie (zie Figuur 5) laat ons toe om de verspreiding van een waargenomen aardbeving op een veel homogenere manier weer te geven dan in een officiële gemeentelijke kaart. Omdat inwoners niet altijd hun adres indienen, worden in een grid cel kaart niet alle rapporten gebruikt (meestal 80-90 % van de data).

Sinds 2016 werkt de KSB samen met het Bureau Central Sismologique Français (BCSF, Universiteit van Strasbourg). Inwoners van Frankrijk die een aardbeving voelden die in België of Frankrijk plaatsvond kunnen hun getuigenis op ons online systeem indienen en de resultaten worden automatisch doorgestuurd naar het BCSF. Dit laat toe een real-time grensoverschrijdende intensiteitsevaluatie uit te voeren, dewelke beide instituten meer informatie geeft om het effect van een aardbeving te bestuderen.

Enkele belangrijke aardbevingen

Naast het informeren van het grote publiek en de autoriteiten, kunnen er veel wetenschappelijke conclusies worden getrokken uit DYFI data. Aangezien het niet mogelijk is het hele land te voorzien van seismometers, is de humane perceptie van een aardbeving een bijzonder goed instrument om lokale grondbewegingen te kunnen meten. Naast het AcceleROB project (meten van grondversnellingen met behulp van goedkope accelerometers in België), is onze DYFI intensiteitsinschatting momenteel het enigste instrument voor ingenieurs om grondversnellingen te berekenen in gebieden waar slechts een beperkt aantal instrumenten zijn opgesteld. Dit is de hoofdzakelijke reden waarom wij jullie bijdrage vragen als er een aardbeving kan worden gevoeld! Macroseismologie laat namelijk toe om de intensiteitsafname met toenemende epicentrale afstand te bestuderen en te begrijpen hoe regionale geologie en lokale site effecten grondbewegingen aan de oppervlakte kunnen beïnvloeden.

De 22 juli 2002 M_L 4.9 Eschweiler-Alsdorf aardbeving (DE)

De Eschweiler-Alsdorf aardbeving, die plaatsvond in Duitsland op één van de normaalbreuken van de Roerdalslenk, gaf aanleiding voor de afdeling seismologie om de DYFI online enquête voor de eerste keer te activeren. Tot vandaag is deze aardbeving het meest succesvolle event aangezien 6145 formulieren online werden ingevuld op Seismologie.be. Destijds werden vanuit Vlaanderen de meeste formulieren ingediend. Door afwezigheid van internationale getuigenissen werd er enkel een Belgische intensiteitsanalyse uitgevoerd. De hoogste gerapporteerde intensiteit was IV (op de EMS-98 schaal) [link to intensity page] dewelke tot op een afstand van 45 km van het epicentrum kon worden waargenomen. De intensiteit nam verder af in westelijke richting. De aardbeving werd bovendien door de bevolking op grote afstand gevoeld, tot aan de Belgische kust en in de Ardennen (Camelbeeck et al., 2003). Intensiteit namen sneller af in noordelijke en noordwestelijke richting dan in westelijke en zuidelijke richting.

De 2008-2010 Waals Brabant seismische zwerm (BE)

Tussen 2008 en 2010 vonden er 237 aardbevingen, met magnitudes tussen M_L -0.7 en M_L 3.2, plaats ten zuiden van het kleine stadje Court-Saint-Etienne (Provincie Waals Brabant, België)(Van Noten et al., 2015a). Tijdens deze periode werden er 60 van de 237 bevingen gevoeld, wat resulteerde in een enorm rijke databank van 11040 getuigenissen. Het bijzondere is dat ook zeer lage magnitude en ondiepe bevingen warden gerapporteerd: bijvoorbeeld 5 getuigenissen die de M_L 0.4 aardbeving van 21 oktober 2008 gevoeld hadden. Het feit dat deze antwoorden zelfs warden ingediend nog voor er enige informatie verscheen op de website, getuigt dat deze gebeurtenis wel degelijk werd waargenomen.

De 13 juli 2008 M_L 3.2 aardbeving (1495 getuigenissen) was de aardbeving met grootste magnitude van de zwerm en werd het wijdst gevoeld. In oostelijke richting kwam de verste getuigenis van 71 km ver, van Bressoux, een dorpje nabij Luik. In noordelijke richting, werd de verste observatie ingediend vanuit Zemst, slechts 42 km van het epicentrum. De ML 3.2 gebeurtenis veroorzaakte intensiteit III in de epicentrale regio, wat te verwachten is door zijn geringe diepte van 7.7 km. Ondanks hun lagere magnitude, veroorzaakten de M_L 2.8 aardbeving van 3 maart 2009 (1581 antwoorden) en enkele andere kleine events intensiteit IV in het epicentrum. Deze hogere epicentrale intensiteit, in vergelijking met de M_L 3.2 aardbeving, is te wijten aan de geringere diepte van deze aardbevingen (~6.3 km) (Van Noten et al., 2015b; Consentino, 2016).

Door de geringe diepte van de aardbevingen (5 – 7 km) van de seismische zwerm en dus de relatief korte afstand tot de lokale bevolking aan de oppervlakte, werden veel lage magnitude events veelal enkel gehoord in plaats van gevoeld. Het akoestische seismische effect werd dikwijls omschreven als een laagfrequent geluid: een ‘boem’ of een diep ‘rommelend’ geluid, vergelijkbaar met de donder of het voorbijrijden van een vrachtwagen. Ook hoogfrequente geluiden, zoals een luide ‘krak’ of een ‘bang’, werden regelmatig gerapporteerd. Op basis van deze commentaren werd onze enquête in 2009 uitgebreid met een geluidsvraag waarin het waargenomen geluid wordt bevraagd: de geluidsschaal is momenteel opgesteld tussen waardes 0 en 4 met 0 als “geen geluid”, 1 als “licht en kort”, 2 als “licht en lang”, 3 als “sterk en kort” en 4 als “sterk en lang”, om op deze manier de frequentie-inhoud van het geluid te achterhalen.

De 8 september 2011 ML 4.3 Goch aardbeving (DE)

Op 8 september 2011 om 19:02:50 vond de M_L 4.3 aardbeving plaats te Goch (DE) op een diepte van 10 km, op één van de randbreuken van de Venlo Graben. Er werd slechts enkele schadegevallen gerapporteerd in het epicentrum te Duitsland en in Nederland. 3113 enquêtes werden online ingevuld. Dit groot aantal antwoorden kan grotendeels worden verklaard omdat de KSB en BNS de macroseismische enquête online delen.

De verdeling van de antwoorden toont een bijzondere verspreiding op de macroseismische kaart (Figuur 4). In tegenstelling tot het noordoosten van België, waar de Goch aardbeving amper gevoeld werd, werden er wel veel macroseismische getuigenissen ingediend vanuit centraal België, Luik en Brussel, vanop een veel grotere epicentrale afstand. Dit merkwaardige patroon toont aan dat deze bijzondere intensiteitsverdeling niet alleen met een traditionele amplitude demping, waarin de energie afneemt met toenemende epicentrale afstand, kan worden verklaard. In centraal België zijn de sokkelgesteenten van het Brabant Massief in ontsluitingen aanwezig in uitgesleten riviervalleien of bevinden ze zich slechts op geringe diepte waarbij ze bedekt zijn met sedimenten. De top van het Brabant Massief duikt naar sterk het noorden. De macroseismische verdeling van de 2011 Goch aardbeving toont aan dat het gebied waarover de aardbeving werd gevoeld sterk gerelateerd is met de dikte van de sedimenten die het Brabant Massief bedekken en dat deze sedimenten een beduidende invloed hadden op de grondbewegingen. In het noorden (in de provincies van Antwerpen en Limburg) werden trillingen gedempt door de dikke Cenozoïsche sedimenten (300 – 1000m dik). In centraal België werd deze aardbeving zo goed werd gevoeld omdat in een oost-westelijke zone de geringe sedimentdikte (<200m) de seismische golven versterkten in het frequentiebereik waaraan mensen en gebouwen gevoelig aan zijn.

De 22 mei 2015 M_L 4.2 Ramsgate aardbeving (VK)

Op vrijdag 22 mei 2015 om 03:52:17 (lokale tijd) ‘s morgens vond een aardbeving met magnitude M_L 4.2 plaats op een diepte van 15 km met zijn epicentrum nabij de kust van Ramsgate (UK). Macroseismische getuigenissen tonen dat deze aardbeving werd waargenomen in het Verenigd Koninkrijk, Frankrijk en België. De Sterrenwacht ontving 1986 antwoorden van mensen die deze gebeurtenis in België hebben gevoeld. Merkwaardig kwam het verste rapport van de regio Luik, meer dan 400 km ver van het epicentrum, veel verder dan enige getuigenis in het Verenigd Koninkrijk. Gelijkaardig aan de 2011 Goch en de 1938 Zulzeke-Nukerke macroseismische kaarten, is ook hier de geringe diepte van het Brabant Massief de voornaamste reden waarom deze aardbeving zo ver kon worden waargenomen.

Belgische media item naar aanleiding van de Ramsgate aardbeving:

• "Ook België beefde even vannacht", De Standaard Avond. 22/05/2015.
• "Aardbeving Kent voelbaar tot in België", Het Laatste Nieuws. 23/05/2015.
• "1.000 mensen voelen aardbeving in België", Het Nieuwsblad. 23/05/2015.
• "Aardbevingen in België: zelden gevaarlijk maar vaker dan je denkt", De Morgen 23/05/2015.

Macroseismologie van menselijke activiteiten

Sonische schokgolven door F16’s

Soms wordt de enquête ingevuld naar aanleiding van een luide knal. Deze zijn gerelateerd aan de sonische schokgolf veroorzaakt door een F16 (meest gebruikte militaire vliegtuig in België) die met hoge snelheid door de geluidsmuur breekt. De locatie waar het vliegtuig door de geluidmuur ging wordt aangegeven door de getuigenissen van ons DYFI systeem. De locatie kan ook worden bevestigd met behulp van de seismische opnames van de lokale stations. Voorbeelden zijn de sonische schokgolven boven Luik op 8 februari 2008 (5 getuigenissen) en boven Waals Brabant op 17 augustus 2015 (11 getuigenissen).

(Accidentele) Explosies gerelateerd aan bouwwerken

Op 18 februari 2011 om 14:21:20 (lokale tijd) werd met een gecontroleerde explosie een gebouw in de Europese wijk in Brussel vernietigd. 42 burger vulden onze online vragenlijst in.

Op 3 januari 2014 om 13:26:22 (lokale tijd) ontplofte tijdens graafwerken een oude WOII bom nabij Bonn (Euskirchen, Duitsland). Van de 301 antwoorden die online werden ingediend, konden er 235 worden gegeocodeerd tot op huis- of straatniveau. De verdeling van deze individuele macroseismische observaties laten beter toe de oorzaak van deze getuigenissen te bestuderen dan als intensiteitsdata per gemeente gegroepeerd zou zijn. Met deze macroseismische informatie besloot Hinzen (2014) dat de sterke directiviteit van de antwoorden (ze kwamen enkel ten noordoosten van de ontploffing) gerelateerd was aan de richting waarin de bom ontplofte, de verspreide lokale bevolkingsdichtheid en de windrichting van die dag.

Op zondag 28 februari 2016 om 21:36:51 (lokale tijd) werd tijdens afbraakwerken een deel van de Scheldekaaien te Antwerpen opgeblazen met explosieven. De trillingen en het geluid dat daarmee gepaard ging misleidde de Antwerpse bevolking in het denken dat het een aardbeving was. Onze seismologen werd automatisch gewaarschuwd door het hoge bezoekersaantal op onze website maar ook door de #aardbeving meldingen op twitter. Een snelle analyse van de seismische data bevestigde inderdaad dat het niet om een aardbeving ging en deze informatie werd dan ook rap verspreid via onze website, Facebook en Twitter accounts. 54 mensen vulden een DYFI enquête in. De verdeling der antwoorden toont dat deze gebeurtenis voornamelijk ten zuidwesten werd waargenomen (gehoord) door de noordoostelijke windrichting van die avond.

Collaborations

• Erdbebenstation Bensberg – Duitsland
• Le Bureau Central Sismologique Français – Frankrijk
• KNMI – Netherland
• BGS - Verenigd Koninkrijk
• USGS - Verenigde Staten

In the media

• In 2016 stond de online DYFI bevraging van het KSB-BNS netwerk in de aandacht van EGU, het grootste geowetenschappelijk congres te Europa. Lees het interview met K. Van Noten (KSB) over grensoverschrijdende macroseismologie in Europe op Geolog: de officiële blog van EGU.
• In 2016 analyseerde Bruno C. Consentino, een Braziliaanse Erasmusstudent van de Universidade de São Paulo, de macroseismische data en geluidsdata van de 2008-2010 seismische zwerm voor zijn Bachelor thesis aan de KULeuven. Promotors: K. Van Noten (KSB), M. Sintubin (KULeuven).

Referenties

• Camelbeeck, T., Van Camp, M., Martin, H., Van De Putte, W., Béatse, H., Bukasa, B., Castelein, S., Collin, F., Hendrickx, M., El Bouch, A., Petermans, T., Snissaert, M., Vanneste, K., Verbeiren, R., 2003. De aardbeving van 22 juli 2002 in de Roerdalslenk. Heelal 48, 172-176.
• Consentino, B.C., 2016. Macroseismic intensity assessment of the 2008-2010 Walloon Brabant seismic swarm by a grid cell procedure, Katholieke Universiteit Leuven. B.Sc. Thesis. Promotors: K. Van Noten (ROB), M. Sintubin (KULeuven).
• Egen, P.N.C., 1828. Über das Erdbeben in den Rhein- und Niederlanden von 23 Feb. 1828. Annalen der Physik und der physikalischen Chemie 13, 153–163.
• Haak, H.W., van Bodegraven, J.A., Sleeman, R., Verbeiren, R., Ahorner, L., Meidow, H., Grünthal, G., Hoangtrong, P., Musson, R.M.W., Henni, P., Schenkova, Z., Zimova, R., 1994. The macroseismic map of the 1992 Roermond earthquake, the Netherlands. Geologie en Mijnbouw 73, 265-270.
• Hinzen, K.G., 2014. Seismic Analysis of the Accidental WWII Bomb Explosion in Euskirchen, Germany, on 3 January 2014. Seismological Research Letters 85, 825-835.
• Lecocq, T., Rapagnani, G., Martin, H., De Vos, F., Hendrickx, M., Van Camp, M., Vanneste, K., Camelbeeck, T., 2009. B-FEARS: The Belgian Felt Earthquake Alert and Report System. Cahiers du Centre Européen de Géodynamique et de Séismologie.
• Nguyen, F., Van Rompaey, G., Teerlynck, H., Van Camp, M., Jongmans, D., Camelbeeck, T., 2004. Use of microtremor measurement for assessing site effects in Northern Belgium – interpretation of the observed intensity during the MS = 5.0 June 11 1938 earthquake. Journal of Seismology 8(1), 41-56.
• Somville, O., 1939. Le tremblement de terre belge du 11 juin 1938. Publication de l’Observatoire Royal de Belgique, Imprimerie Duculot, Gembloux, 16 pp.
• Van Noten, K., Lecocq, T., Shah, A.K., Camelbeeck, T., 2015a. Seismotectonic significance of the 2008-2010 Walloon Brabant seismic swarm in the Brabant Massif (Belgium). Tectonophysics 656, 20-38. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.tecto.2015.05.026
• Van Noten, K., Lecocq, T., Camelbeeck, T., 2015b. The seismic activity in the Walloon Brabant and its relationship with the local and regional geological structure. Final report of BELSPO contract MO/33/028. Royal Observatory of Belgium. 79p.
• Van Noten, K., Lecocq, T., Sira, C., Hinzen, K.-G., and Camelbeeck, T. 2017. Path and site effects deduced from merged transfrontier internet macroseismic data of two recent M4 earthquakes in northwest Europe using a grid cell approach, Solid Earth, 8, 453-477, https://doi.org/10.5194/se-8-453-2017.
• Wald, D.J., Quitoriano, V., Dengler, L.A., Dewey, J.W., 1999. Utilization of the internet for rapid community intensity maps. Seismological Research Letters 70(6), 680- 697.