Die zwaardere beving zal er komen

Gaswinning

Groningen kan zwaardere aardbevingen verwachten. Of het afremmen van de gaswinning helpt, is onduidelijk.

De Nederlandse Aardolie Maatschappij (NAM) hoeft haar gaswinning in Groningen voorlopig niet te verminderen, heeft minister Kamp (VVD) van Economische Zaken bepaald. Er hebben zich de laatste jaren enkele stevige aardbevingen voorgedaan die onmiskenbaar samenhingen met de gaswinning. Het Staatstoezicht op de Mijnen (SodM) beveelt aan de gasproductie in Groningen ‘zo snel mogelijk en zo veel als mogelijk en realistisch is’ terug te brengen. Maar Kamp doet het niet.

Nederlandse en buitenlandse afnemers zijn er te veel van afhankelijk, en de Rijksbegroting kan op dit moment geen extra tegenvallers verdragen. Er komt bij, schreef minister Kamp eind januari aan de Tweede Kamer, ‘dat geen volledig inzicht bestaat in de maximale sterkte van de toekomstige aardbevingen in het Groningenveld’. Tot voor kort durfde het KNMI zich daarover uit te spreken en werd de magnitude 3,9 op de schaal van Richter genoemd, een kracht waarbij binnenshuis spulletjes uit kasten kunnen vallen en meubilair gaat schuiven. Maar inmiddels is het instituut gaan aarzelen.

De minister wil zich daarom in eerste instantie beperken tot het voorkomen en inperken van de effecten van de bevingen, en pas later maatregelen treffen die de oorzaken wegnemen of afzwakken. In december is een nieuw beslismoment. In de tien maanden uitstel zal er verder worden gestudeerd op oude waarnemingen en worden nieuwe gegevens verzameld. Meetapparatuur wordt geplaatst die ook de allerzwakste bevingen signaleert en er worden pogingen gedaan om de haard van de bevingen (op 3 kilometer diepte) preciezer te lokaliseren. De ligging van de breuken (faults) waarlangs de bevingen optreden wordt gedetailleerder in kaart gebracht. De deklaag bovenop het gasreservoir, die de energie van de beving doorgeeft naar de begane grond, wordt verder onderzocht. Enzovoort. De NAM heeft een heel overzicht van het programma opgesteld.

De Tweede Kamer heeft er van alles van gevonden, maar is inmiddels stilgevallen. Alleen in Groningen rommelt het soms nog een beetje. Daar vraagt men zich af of en wanneer een beving kan optreden waarbij ook topzware boekenkasten omvallen. Of schoorstenen. Muren?

Waarom aarzelt het KNMI opeens? Waarom doet het SodM zo paniekerig, en hoe reageerde de NAM zelf? Dat wil de buitenstaander wel eens weten. En vooral: hoe doe je dat eigenlijk: de kans op een beving voorspellen?

Voldoende bevingen

Het antwoord op de laatste vraag kwam al direct uit het op 16 januari gepubliceerde technisch rapport van het SodM, dat de minister als bijlage bij zijn brief aan de Kamer opnam. De eyeopener van de maand is dat de kans op aardbevingen als gevolg van gaswinning uit een gasreservoir (zoals het zandsteen drie kilometer onder het Groninger maaiveld) alleen goed is te berekenen als er zich al voldoende bevingen hebben voorgedaan. Zoals dat met verkeersongelukken kan, maar weer niet met kernrampen.

Het is niet of nauwelijks mogelijk te voorspellen hoeveel ‘geïnduceerde’ of ‘getriggerde’ aardbevingen zullen optreden in gasvelden die nog in gebruik moeten worden genomen. Zo diep gaat het geomechanisch inzicht van geologen en mijnbouwkundigen meestal niet.

Soms is wel een redelijke schatting mogelijk als een nieuw veld heel sterk lijkt op een veld dat al in productie is en op dezelfde wijze wordt aangesproken. Als zich in zo’n producerend veld al heel veel bevingen hebben voorgedaan, kunnen die statistisch gecorreleerd worden aan bepaalde reservoireigenschappen, zoals de drukafname in het gas op het moment dat de eerste beving optrad, de hoeveelheid kleine en grote breuken binnen het reservoir, of het stijfheidscontrast tussen het reservoirgesteente (dus zandsteen in Groningen) en de afdekkende gesteentelaag erboven (in Groningen steenzout, soms ook kleistenen). Rob van Eijs, destijds TNO, inmiddels Shell, beschreef dit in Engineering Geology (2006). Algemeen wordt aangenomen dat de bevingen ontstaan door het ongelijkmatig inklinken (differentiële compactie) van het reservoirgesteente langs al bestaande gesteentebreuken. Naarmate de gasdruk wegvalt bouwt zich meer spanning op in het gesteente totdat dat losschiet langs een bestaande breuk (slip) en een beving optreedt.

Tot op heden wordt de kans op nieuwe bevingen praktisch geheel afgeleid uit de sterkte en frequentie van de bevingen die zich al hebben voorgedaan. Dat kan omdat zich daarin frappante wetmatigheden voordoen (zie kader: Gutenberg-Richter relatie). Doorslaggevend is dat er een constante verhouding is in de frequentie waarin aardbevingen van verschillende zwaarteklassen zich voordoen en dat de verhouding meestal gehandhaafd blijft als het jaarlijks aantal bevingen toeneemt. Dat is prettig rekenen.

Zoals vaak met dit soort kansberekening aan waarnemingen ‘uit het veld’ zit de kwetsbaarheid van de rekenarij in de staart. Daar schort het aan voldoende metingen. Denk aan het voorspellen van extreem lage en hoge waterstanden in de Rijn. De aardbevingsstatistiek heeft maar één staart die ertoe doet: de kans op een extra zware beving. Algemeen wordt erkend dat de Gutenberg-Richter-relatie hier zwak staat, omdat die geen enkele bovengrens stelt aan de kracht van de aardbevingen die kunnen optreden. Terwijl die er in de praktijk onmiskenbaar is. Er zijn statistische ‘trucs’ om uit de waargenomen serie bevingen een aannemelijk maximum te voorspellen. Tot in 2010 durfde het KNMI dat aan toen het de bevingen van alle velden samen (Groningen en de ‘kleine velden’) analyseerde. Men kwam, met voorbehoud, uit op de waarde 3,9. Toen zich opeens afwijkend zware bevingen in het Groningenveld voordeden en duidelijk werd dat dit veld los van de kleine velden geanalyseerd moest worden, schoten de middelen tekort. Het KNMI ziet niet zomaar een mogelijkheid om alsnog uit de statistiek een maximum te berekenen, omdat de bevingen van alleen het Groningenveld daarvoor te gering in aantal zijn. Dat is het ‘probleem’ waar Kamp op doelde.

Huizinge

Gezien de zwaarte van de bevingen die zich inmiddels hebben voorgedaan neemt het KNMI in ieder geval aan dat bevingen met een magnitude groter dan 3,9 niet langer zijn uit te sluiten. Want een vuistregel is dat de maximaal te verwachten magnitude (Mmax) 0,3 groter is dan de zwaarste beving die is opgetreden. En die bij het dorpje Huizinge had magnitude 3,6.

In dit stadium lijkt het het KNMI het beste om voor de Mmax af te gaan op de zwaarste bevingen die zijn waargenomen in vergelijkbare buitenlandse velden. In een Noord-Duits gasveld, sterk gelijkend op het Groningenveld, deed zich magnitude 4,4 voor. In het Lacq-gasveld in Zuid-Frankrijk trad 4,2 op en van het Fashing-veld in Texas (met gas op dezelfde diepte als in Groningen) is zelfs 4,8 gemeld. Het KNMI houdt, in het rapport dat het opstelde over de Huizinge-beving van augustus 2012, tot nader order voorzichtigheidshalve magnitude 5 als bovenwaarde aan. Maar het waagt zich niet aan een kansberekening.

Dat laatste doet het SodM wel. De inspectiedienst, tevens adviesorgaan, ziet toe op de veiligheid van mijnbouwkundige activiteiten in Nederland en opereert vanuit het voorzorgsprincipe. Bij twijfel niet inhalen. Het voelt zich genoodzaakt wel een indicatie te geven van de kans op extra zware bevingen. De redenering van de dienst is: alles wijst erop dat de onderlinge verhouding waarin de bevingen van verschillende magnituden zich voordoen constant is, ook als het totaal aantal jaarlijkse bevingen toeneemt. Omdat uit een empirisch model dat het Staatstoezicht heeft ontwikkeld blijkt dat het jaarlijkse aantal bevingen verder zal toenemen, óók als de gasproductie gehandhaafd blijft op het huidige niveau, zal volgens Bartjens de kans op heel zware bevingen (groter dan magnitude 3,9) ook toenemen.

Als we er nu eens vanuit gaan dat de maximaal mogelijke beving in het Groningenveld een magnitude 5,0 heeft (Mmax=5,0) dan is er omgerekend een kans van 7 procent dat zich de komende 12 maanden een beving sterker dan 3,9 voordoet.

In haar brief aan de minister (22 januari) heeft het Staatstoezicht ook beschreven wat van dit soort bevingen verwacht mag worden. Het loopt op van ‘enkele personen verliezen hun evenwicht, meubilair kan gaan schuiven’ tot ‘velen hebben moeite zich staande te houden, topzwaar meubilair kan omvallen.’ En: ‘enkele gebouwen van klasse A lijden schade met gradatie 4’. Dat betekent dat van de zwakste gebouwen ‘constructieve delen’ gedeeltelijk kunnen bezwijken. Conclusie van de dienst: een hoog risico.

Productietempo

Een te hoog risico, kennelijk, gezien de aanbeveling om de gasproductie zo snel mogelijk fors aan te passen (ook al is dit ‘niet heel realistisch’) . Omdat de NAM in haar winningsplan geen rekening houdt met bevingen groter dan magnitude 3,9 heeft de minister volgens het Staatstoezicht de bevoegdheid in te grijpen. Maar hij doet het niet.

De dienst tekent nog aan dat de NAM het in grote lijnen met haar analyse eens was: bij een verlaging van de productiesnelheid daalt het jaarlijks aantal bevingen navenant. En daarmee tevens de kans op een beving sterker dan magnitude 3,9. Tegelijk noteert de dienst dat de NAM niet van plan lijkt om het productietempo te verlagen. Wel overweegt de NAM een gewijzigd reservoirbeheer dat de kans op bevingen kan verkleinen.

Uit de brief die de NAM op 21 januari naar het Staatstoezicht stuurde blijkt dat er wel degelijk een verschil van inzicht is in de risico-analyse. Ja, schrijft de NAM, als we de productiesnelheid verlagen zal het aantal bevingen per jaar dalen en daarmee de kans op zware bevingen. Maar over de hele productieperiode gemeten zal het totaal aantal bevingen dat optreedt even groot zijn. Dat betekent dat we de totale kans op een krachtige aardbeving niet substantieel verlagen als we het productietempo verlagen. Daarom vinden we dat geen goede voorzorgsmaatregel.

Dit is het debat tot de kern teruggebracht. Ontstaan bij 25 jaar snel produceren in totaal evenveel bevingen als bij 100 jaar langzaam produceren? Het Staatstoezicht noemt deze veronderstelling ‘prematuur’ en lijkt ervan uit te gaan dat snel produceren extra bevingen doet ontstaan. Maar de dienst heeft kennelijk geen middelen om de NAM-stelling te weerleggen. Zoals de NAM vooralsnog haar gelijk niet heeft kunnen bewijzen. Het is raar, maar we komen er misschien alleen achter wie gelijk heeft als de minister fors ingrijpt. Niet voor de Groningers, maar voor de wetenschap.

Voor dit artikel is gesproken met Bernard Dost van het KNMI, Annemarie Muntendam-Bos en Hans de Waal van het Staatstoezicht op de Mijnen, en Dirk Doornhof van de NAM.