Stochastische poromechanische analyse voorspelt een aanzienlijke overschrijdingskans voor de Mw 5.5-aardbeving van 2017 in Pohang, Zuid‑Korea

Waarom een door mensen veroorzaakte aardbeving er toe doet

In 2017 schudde een magnitude 5,5-aardbeving de stad Pohang in Zuid‑Korea, waarbij gebouwen beschadigd raakten en wetenschappers werden verrast omdat de beving werd gekoppeld aan een geothermisch energieproject in plaats van aan een natuurlijke breukverschuiving. Begrijpen hoe menselijke activiteiten zoals diepe vloeistofinjectie zulke sterke bevingen kunnen uitlokken is essentieel als we koolstofarme energie willen uitbreiden zonder de nabijgelegen gemeenschappen in gevaar te brengen. Deze studie gebruikt een op fysica gebaseerde, waarschijnlijkheidsgerichte benadering om een eenvoudige maar verstrekkende vraag te stellen: gegeven wat we wél en niet weten over de gesteenten en spanningen ondergronds, hoe waarschijnlijk was het dat een aardbeving zo groot als die van Pohang zou optreden?

Hoe energieprojecten verborgen breuken kunnen wekken

Verbeterde geothermische systemen winnen warmte door onder hoge druk water diep in de ondergrond te injecteren om bestaande scheuren te openen en de watercirculatie te verbeteren. In Pohang vond deze injectie plaats in granietachtig gesteente op ongeveer 4,2 kilometer diepte, dicht bij een reeds bestaande breuk die het oppervlak niet doorbrak. Wanneer geperst water in de gesteenten doordringt, verhoogt het de druk in de kleine poriën tussen mineraalkorrels en verandert het de wijze waarop het gesteentemassa spanningen draagt. Deze subtiele verschuivingen kunnen de wrijvingsweerstand op een breuk verminderen, waardoor die kan gaan schuiven. In Pohang tonen meerdere aanwijzingen aan dat de hoofdbeving plaatsvond in de nabijheid van de injectieput, langs een oudere breukvlakte waarvan de precieze oriëntatie en spanningsstaat toen — en nog steeds — slecht zijn vastgelegd.

Onzekerheid omzetten in een probabilistische prognose

De meeste eerdere analyses van de aardbeving in Pohang probeerden één ‘beste’ ondergrondmodel te reconstrueren, waarbij werd aangenomen dat de breuk al extreem dicht bij falen stond zodat zelfs kleine spanningsveranderingen haar konden activeren. Veldmetingen en seismische gegevens suggereren echter dat deze breuk stabieler was dan dat eenvoudige beeld toelaat. In plaats van op één scenario te wedden, behandelen de auteurs essentiële ondergrondse eigenschappen — zoals richting en grootte van de spanningen, de hellingshoek van de breuk en de wrijving van het breukoppervlak — als onzekere grootheden. Vervolgens gebruiken ze een techniek die Monte Carlo-simulatie heet: duizenden licht verschillende, maar fysisch plausibele, ondergrondscenario’s worden gegenereerd en voor elk daarvan rekenen ze uit hoe porewaterdruk zich verspreidt, hoe het gesteente mechanisch reageert en of de breuk zou gaan schuiven en hoeveel.

Simuleren hoe breuken op injectie reageren

Om dit grote aantal proefrekeningen rekenbaar te houden, gebruikt het team analytische formules in plaats van zware numerieke modellen om te beschrijven hoe injectie de poriedruk rond de put verhoogt en hoe die verandering doorwerkt in het omliggende spanningsveld. Ze verkennen twee realistische manieren waarop de breuk kan bewegen, beide met een schuifbeweging die een oblique mix van verticale en zijwaartse slip bevat. In hun basiscasus, met gemiddelde gesteente‑ en spanningskenmerken, blijft de breuk ondanks de injectie stabiel — duidelijk in tegenspraak met de echte beving. Wanneer ze de onzekere parameters laten variëren binnen bereiken die door metingen en laboratoriumtesten worden ondersteund, produceren sommige realisaties slechts kleine, ondetecteerbare bevingetjes, terwijl andere veel grotere gebeurtenissen voortbrengen. Door in elke realisatie de omvang van het schuivende breukvlak om te zetten in een aardbevingsmagnitude, construeren ze een volledige waarschijnlijkheidsverdeling van mogelijke uitkomsten.

Hoe waarschijnlijk was de aardbeving van Pohang?

De simulaties laten zien dat, onder de condities die relevant zijn voor Pohang, de grootste theoretisch mogelijke geïnduceerde aardbeving in principe richting magnitude 7 zou kunnen gaan, maar zulke gebeurtenissen zijn zeer onwaarschijnlijk. Veelzeggender is de geschatte kans om bepaalde magnitudes te overschrijden. Voor aardbevingen zo groot als de werkelijke gebeurtenis van 2017 (Mw 5.5) voorspelt het model een overschrijdingskans tussen ongeveer 7% en 15%, afhankelijk van welk slip‑patroon wordt aangenomen. Dit bereik komt goed overeen met de waarschijnlijkheid die onafhankelijk werd afgeleid uit de waargenomen reeks kleinere bevingen op de locatie. De analyse toont ook een duidelijke koppeling tussen hoe dicht een breuk vóór injectie bij falen ligt en de grootte van de daaropvolgende aardbeving. In Pohang, zodra de initiële ‘veiligheidsmarge’ van de breuk onder ruwweg 0,1–0,2 megapascal zakt, kunnen zelfs bescheiden poromechanische verstoringen haar naar een schadelijke ruptuur duwen.

Wat dit betekent voor toekomstige geo‑energieprojecten

Voor niet‑specialisten is de belangrijkste conclusie dat de aardbeving in Pohang geen freak‑toeval was, noch een onvermijdelijk gevolg van geothermische ontwikkeling, maar een kwantificeerbaar risico dat afhangt van hoe kritiek gespannen nabijgelegen breuken zijn en hoeveel we van hen weten. Deze studie toont aan dat het, door fysica‑gebaseerde modellen te combineren met systematische onzekerheidsanalyse, mogelijk is vooraf te schatten hoe groot de kans is dat injectie bevingen van een bepaalde omvang uitlokken. Ze waarschuwt dat breuken die al dicht bij falen liggen schadelijke bevingen kunnen produceren door relatief kleine drukveranderingen, en suggereert dat traditionele ‘verkeerslicht’-systemen die alleen op het monitoren van kleine gebeurtenissen steunen mogelijk onvoldoende zijn. In plaats daarvan zullen zorgvuldige locatiekarakterisering en adaptieve, modelgestuurde risicoanalyse — van het soort dat hier wordt gedemonstreerd — essentieel zijn als we diepe ondergrondse hulpbronnen veilig en verantwoord willen benutten.

Bronvermelding: Wu, H., Vilarrasa, V., Parisio, F. et al. Stochastic poromechanical analysis forecasts a notable exceedance probability for the 2017 Pohang, South Korea, M_w 5.5 earthquake. Commun Earth Environ 7, 236 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03268-7

Trefwoorden: geïnduceerde seismiek, geothermische energie, breukstabiliteit, vloeistofinjectie, aardbevingsrisico