Het eerste seismische station in België werd in Ukkel (Brussel) opgericht eind 1898 op initiatief van Eugène Lagrange, professor aan de Koninklijke Militaire School. Het bestond uit een driedelige horizontale von Rebeur-Ehlert-slinger (Figuur 1) uitgerust met een fotografisch opnamesysteem, dat voor het eerst een aardbeving registreerde op 4 september 1899 (Figuur 2). Deze slinger werd geïnstalleerd in een ondergronds laboratorium dat speciaal voor seismologische waarnemingen werd opgericht op het domein van de Koninklijke Sterrenwacht van België (KSB). De KSB was in 1890 uit het centrum van Brussel naar Ukkel verhuisd en was op dat moment de enige rustige locatie in België waar een nauwkeurige tijdsbepaling mogelijk was. Het station werd volledig gefinancierd door de mecenas Ernest Solvay en was in feite zijn privé-bezit. De maandelijkse bulletins werden dan ook officieel "Bulletin de la station géophysique d'Uccle (station Ernest Solvay)" (Figuur 3) genoemd.
Figuur 1: De von Rebeur-Ehlert-seismometer (museum KSB) bestaat uit 3 horizontale slingers van het "tuinhek"-type, opgehangen in hoeken van 120° t.o.v. elkaar. Elke slinger is uitgerust met een spiegel waarmee de bewegingen van de slinger fotografisch werden geregistreerd.
Figuur 2: Eerste seismogram geregistreerd in België door de von Rebeur-Ehlert-seismometer in Ukkel op 4 september 1899. Het ging om een aardbeving in Alaska met een magnitude van 7.9 (Ms).
Figuur 3: Eerste houten paviljoen boven het ondergronds seismisch laboratorium op het domein van de Koninklijke Sterrenwacht te Ukkel, gebouwd in 1898.
In dezelfde periode werd E. Lagrange afgevaardigd voor de permanente seismische commissie, die werd opgericht in 1899, en bijeenkwam in april 1901 te Straatsburg. Tijdens deze vergadering nam Lagrange deel aan de commissie die de Internationale Vereniging voor Seismologie (het huidige IASPEI of International Association of Seismology and Physics of the Earth's Interior) oprichtte.
Op 1 januari 1904 werd het station Ernest Solvay overgedragen aan de Belgische staat, en werd het een onderdeel van de Koninklijke Sterrenwacht van België.
In juni 1906 werden twee zware horizontale Bosch-Omori-seismometers geïnstalleerd, die net zoals de von Rebeur-Ehlert-slinger gebouwd werden door Bosch.
Het registratiemechanisme bestond uit een pluim die krassen maakte op gerookt papier.
De von Rebeur-Ehlert-slinger werd uit roulatie genomen op 13 maart 1909, de Bosch-Omori-toestellen op 22 maart 1911. Deze laatste werden in 1912 aan het Ministerie van Kolonies geschonken die ze overbracht naar Elisabethstad, het huidige Lubumbashi in de Democratische Republiek Congo.
In 1909 werd een 1000 kg zware horizontale Wiechert-slinger geïnstalleerd, gevolgd door een verticale Wiechert-slinger met een gewicht van 1300 kg in 1910. De registratie gebeurde op dezelfde manier als bij de Bosch-Omori-toestellen.
Figuur 4: Het ondergronds seismisch laboratorium te Ukkel omstreeks 1912. Links de twee horizontale Bosch-Omori-seismometers, geïnstalleerd in 1906. Rechts de horizontale Wiechert-seismometer, geïnstalleerd in 1909. Aan de voorkant van het toestel bevonden zich twee rollen met gerookt papier waarop een pluim de oost-west- en de noord-zuid-componenten van de horizontale grondbewegingen registreerde. Aan de muur hangt een Spindler-Hoyer-slingeruurwerk dat diende om de tijd op de seismogrammen aan te duiden.
Twee horizontale Galitzin-slingers (Figuur 5) werden in gebruik genomen in 1911. Dit was de eerste seismometer met een sensor gebaseerd op de principes van het elektromagnetisme, vergelijkbaar met de systemen die nu nog steeds in gebruik zijn. Dit liet toe om foto-galvanometrische registratie-apparatuur te gebruiken. Tijdens de Eerste Wereldoorlog was het echter, als gevolg van een tekort aan fotografisch papier, alleen mogelijk mechanische metingen te verrichten met de Wiechert-seismometers. De Galitzin-slinger werd opnieuw ingezet vanaf 12 juli 1919.
Figuur 5: Horizontale Galitzin-seismometer van het station te Ukkel. Vooraan is de slinger te zien, die bestaat uit een massa opgehangen aan twee draden. Aan de arm van deze slinger is een spoel bevestigd die kan bewegen in de ruimte tussen de polen van een magneet (zichtbaar achteraan), waarin dan een stroom wordt opgewekt.
Een verticale Galitzin-Wilip-seismometer vervolledigde het station op 30 april 1930. Van 1910 tot 1945 werden 9697 aardbevingen van over de hele wereld geregistreerd door het station in Ukkel, waaronder 84 lokale aardbevingen. De belangrijkste aardbeving in België tijdens deze periode was de aardbeving van 11 juni 1938 nabij Oudenaarde.
De klassieke registraties met de Wiechert- en Galitzin-instrumenten werden uitgevoerd tot 1962. Daarna werd overgeschakeld op een registratiesysteem met inkt op papierrol. Dit ontregelde echter de frequentierespons van het systeem, waardoor het niet langer geschikt was voor het registreren van lokale aardbevingen. De Galitzin- en Wiechert-seismometers werden stilgelegd in de jaren '70 en in 1973 vervangen door drie langperiodieke Sprengnether/Press-Ewing-toestellen. De signalen werden nu opgenomen op analoge magnetische banden en op papierrollen. Alle gegevens werden gearchiveerd op microfilms, die spijtig genoeg van te lage kwaliteit blijken voor wetenschappelijk onderzoek.
Figuur 6: Verticale Sprengnether/Press-Ewing-seismometer. Bij de horizontale versie van dit toestel is de spiraalveer vervangen door een ophanging aan twee draden.
Figuur 7: De seismologische "cabine" van de KSB in 1966. Hier gebeurde de registratie van de signalen van de Wiechert-seismometers (1962-1970), en vervolgens van de Sprengnether/Press-Ewing-seismometers (tot 1985). De zes registratiesystemen lieten toe om de drie seismometercomponenten (oost-west, noord-zuid en verticaal) zonder onderbreking te registreren bij het wisselen van de papierrollen.
Alle historische instrumenten behalve de twee Bosch-Omori-slingers zijn bewaard gebleven in de Sterrenwacht, evenals de meeste registratiesystemen.
Ten tijde van de aardbeving van Luik in 1983 beschikte het station in Ukkel enkel over de registraties op papierrol van de Press-Ewing-seismometers. Het station werd daarom gemoderniseerd en in april 1985 uitgerust met een kortperiodieke, verticale Sprengnether S10-seismometer. Het signaal van deze seismometer werd, samen met dat van twee andere stations van het Belgisch netwerk, zowel analoog geregistreerd op een vernieuwd, efficiënter papierrolsysteem dat in werking bleef tot in 1999, als digitaal op magnetische banden. Voor het station van Ukkel brak hiermee het tijdperk van de digitale seismologie aan.
Parallel met deze ontwikkelingen werd ook de tijdsbepaling van de registraties alsmaar verbeterd. In 1909 werd een klok geïnstalleerd die tot 1912 dagelijks, en daarna continu met de Uurdienst van de KSB werd gesynchroniseerd. Sinds 1984 worden DCF-ontvangers gebruikt, en daarnaast ook GPS-ontvangers sinds 1998. In 1909 bedroeg de nauwkeurigheid 1 s, in 1912 0.1 s, en tegenwoordig wordt met de DCF- en GPS-signalen een precisie bereikt van respectievelijk 0.01 s en beter dan 0.001 s.
Omdat het station van Ukkel gesitueerd is bovenop zachte sedimentlagen, is het zeer gevoelig voor allerhande trillingen die in de omgeving door de mens veroorzaakt worden. Ten gevolge van de toenemende verstedelijking en industrialisering werden de seismische metingen daarom meer en meer verstoord.
Om hieraan te verhelpen werd in 1998 een breedbandseismometer geplaatst in een boorgat op 140 m diepte, in direct contact met hard sokkelgesteente. De signaal-ruisverhouding verbeterde hierdoor met een factor 10-30, afhankelijk van de frequentie.
Figuur 8: Het huidig seismologisch paviljoen op het domein van de KSB. De heuvel voor het paviljoen verbergt het gewelf van het ondergronds laboratorium. Helemaal vooraan is het uiteinde te zien van de boorgatbuis waarin in 1998 een seismometer werd geplaatst op een diepte van 140 m.
Tenslotte werd er in 2003 een accelerometer in gebruik genomen in het ondergronds seismisch laboratorium om sterke grondbewegingen te registreren.
Tot 1958 was Ukkel het enig seismisch station in België en ook in de buurlanden bleef het aantal stations vrij beperkt tot in de jaren '60. Dit illustreert het belang van de archieven van het station in Ukkel, die regelmatig worden geraadpleegd door buitenlandse seismologen.
In 1958 werd een nieuw seismisch station geïnstalleerd in het Geofysisch Centrum van Dourbes, pas opgericht door het Koninklijk Meteorologisch Instituut (KMI) 100 km ten zuiden van Brussel.
Figuur 9: Het seismisch station te Dourbes in 1958. Op de betonnen zuilen in de seismometerzaal waren drie kortperiodieke Benioff-seismometers en drie langperiodieke Stuttgart-seismometers opgesteld.Deze laatste werden in de jaren '60 vervangen door Press-Ewing-toestellen.
Om betrouwbare informatie te bekomen over aardbevingen in en rond België moesten er echter meer stations worden opgericht.
Het volgende werd geïnstalleerd op een diepte van 150 m in de leisteengroeve van Warmifontaine, 150 km ten zuidwesten van Brussel. Het station werd uitgerust met een verticale, kortperiodieke Sprengnether-seismometer en twee horizontale Sprengnether-instrumenten met een intermediaire eigenperiode. Dit station was operationeel van 1964 tot 1970 en maakte enkele uitzonderlijke registraties van aardbevingen in België.
Van 1967 tot 1972 was een ander seismisch station actief in de kazematten van de stad Luxemburg, waar drie zogenaamde Stuttgart-seismometers met een intermediaire eigenperiode werden geplaatst, gekoppeld aan foto-galvanometrische opname-apparatuur. Dit station werd in 1975 verplaatst naar een verlaten mijn in Walferdange. Momenteel beheert de KSB nog altijd drie stations in het Groot-Hertogdom Luxemburg.
Toen de stuwdam van Gileppe verhoogd werd, gaf het Ministerie van Openbare Werken de KSB de opdracht er de trillingen veroorzaakt door de dynamiteringswerken te registreren. Een kortperiodieke Grenet-seismometer werd in oktober 1968 dichtbij de dam geïnstalleerd en was operationeel tot april 1970. Nadat de werken waren voltooid werd de KSB verantwoordelijk om de seismische activiteit in de buurt van de stuwdammen van Gileppe en Eupen op te volgen. Daartoe werd in Membach een 130 m lange galerij uitgegraven, waar in 1977 drie kortperiodieke S10-seismometers werden ondergebracht. In 1985 werden deze instrumenten vervangen door een Mark-Product L4-3D-seismometer.
In 1983 bestond het Belgisch seismisch netwerk slechts uit 4 stations, met name Ukkel, Dourbes, Walferdange en Membach. De seismogrammen werden enkel op papier geregistreerd, en er was geen telemetrische verbinding waarmee de metingen naar Ukkel doorgestuurd konden worden. De zware gevolgen van de aardbeving van Luik in 1983 - omgerekend 74 000 000 EUR schade voor een nochtans vrij bescheiden aardbeving met magnitude Ml=5.0 - noodzaakten de modernisering en verdere uitbreiding van het seismisch netwerk.
De jaren hierna werden belangrijke investeringen gedaan, en in 1989 was het netwerk uitgebreid tot 15 stations. Zes stations waren uitgerust met een directe telemetrische verbinding met Ukkel, zodat bij een nieuwe aardbeving de gegevens snel konden geanalyseerd worden. Tegelijkertijd werden de meeste instrumenten uitgerust met een digitaal registratiesysteem, waardoor het dynamisch bereik van de metingen gevoelig werd verhoogd, en waarmee het mogelijk werd om de seismogrammen met computers te verwerken en te archiveren.
In de jaren '90 werden deze inspanningen voortgezet, vooral op het vlak van de verbetering en diversificatie van de seismometers. Speciale aandacht ging hierbij uit naar het station van Membach, één van de beste sites binnen het Belgisch netwerk. De reeds aanwezige toestellen werden aangevuld met twee breedbandseismometers, van de types Güralp en Wielandt-Streckeisen STS-1. Sinds 1995 worden er continu metingen van de zwaartekracht verricht met een supergeleidende relatieve gravimeter, gebouwd door GWR. Omdat er daarnaast op regelmatige basis metingen worden uitgevoerd met een absolute FG5-gravimeter, fungeert het station tevens als gravimetrisch referentiepunt in België. Tenslotte werd er in 2003 een accelerometer van het type ETNA geïnstalleerd. Dit maakt van het station van Membach één van de weinige plaatsen ter wereld waar grondbewegingen in een breed frequentiebereik, van 100 Hz tot zelfs honderdjarige tendensen, kunnen gemeten worden.
Figuur 10: Ingang van de galerij uitgegraven in een heuvel te Membach, in de omgeving van het meer van Gileppe. Aan het einde van deze 130 m lange gang bevindt zich een laboratorium waar verschillende seismometers en ook een supergeleidende gravimeter zijn opgesteld. Vooraan de gang is de accelerometer zichtbaar die in 2003 werd geïnstalleerd.
Het seismisch netwerk wordt voortdurend gemoderniseerd. De digitale acquisitiesystemen werden vernieuwd, en de meerderheid van de stations is nu telemetrisch verbonden met de KSB in Ukkel.
Het netwerk wordt ook verder uitgebreid, vooral in het noorden van het land waar diepe (en dus dure) boringen door de losse sedimentlagen nodig zijn om seismometers in contact te brengen met het harde sokkelgesteente.
Momenteel bestaat het seismisch netwerk uit meer dan 20 stations. Tenslotte werd vanaf 1999 naast het seismisch netwerk ook een netwerk van accelerometers ingeplant om sterke grondbewegingen in de epicentrale zone van aardbevingen te kunnen meten.
Referenties
- VAN CAMP M. et CAMELBEECK T. (2004). Histoire des stations sismiques belges. De la station "Ernest Solvay" au réseau national de surveillance sismique. Ciel et Terre, 120(6).
