Seismische botsing over oorzaak aardbevingen Groningen

Groningenveld

Niet elke gesteenteverschuiving in de ondergrond hoeft tot een aardbeving te leiden. Als het geleidelijk genoeg gaat, voelen we aan het aardoppervlak niets trillen. Kan langzaam gas winnen uit het Groningenveld heftige aardbevingen voorkomen?

Gaswinning- en gasbehandelingslocatie van de NAM in Ten Post Kees van de Veen

Er zijn allerlei getallen genoemd, begin deze week bij het Kamerdebat over de gaswinning in Groningen: 20, 12, 0. Tot welk volume moet de gaswinning – nu nog 21,6 miljard kubieke meter per jaar – worden teruggeschroefd om een veilig niveau te bereiken? De aanleiding was de aardbeving van 3,4 op de schaal van Richter die zich op 8 januari in Zeerijp voordeed.De experts verschillen duidelijk van inzicht. Bovendien is er verwarring over het begrip ‘veilig’. Wat later in de week leidde tot een botsing tussen die experts.

De experts, dat zijn voornamelijk de NAM – het gaswinningsbedrijf van Shell en Exxon – en toezichthouder SodM (Staatstoezicht op de Mijnen). Hun verschil van inzicht spitst zich toe op de vraag of de snelheid van gaswinning van invloed is op de seismiciteit, een maat voor de veelvuldigheid en heftigheid waarmee aardbevingen zich voordoen. En als die invloed er is, hoe groot is die dan? SodM gaat er bij zijn berekeningen wel van uit dat die snelheid een rol speelt, de NAM niet. Dat is van invloed op de aardbevingsvoorspellingen.

SodM legt de achtergrond uit in de technische bijlage die bij zijn advies van april 2017 aan de minister zat. Gas zit onder hoge druk in de poriën van gesteente, in dit geval een zandsteenlaag (die bestaat voor gemiddeld 80 procent uit steen en 20 procent uit poriën) op een diepte van zo’n drie kilometer. Door gaswinning daalt die zogeheten poriëndruk. In reactie daarop zakt de zandsteenlaag iets in, onder het gewicht van de bovenliggende drie kilometer aan gesteente. Deze inklinking – in vaktermen: compactie – leidt aan het aardoppervlak tot bodemdaling (inmiddels ruim 30 centimeter in het centrum van het veld, in de regio Loppersum). Door de afnemende poriëndruk nemen in de ondergrondse zandsteenlaag de mechanische spanningen toe. Dat gebeurt op de vele breukvlakken die van nature in het gesteente zitten (de NAM heeft er voor het Groningenveld ruim 1.000 in beeld). Houden de gaswinning en de daling van de poriëndruk aan, dan lopen die spanningen op. Totdat het tot een ontlading komt: gesteentelagen verschuiven enkele millimeters tot centimeters ten opzichte van elkaar, langs zo’n breukvlak.

Dat geeft vaak een aardbeving. Maar dat hoeft niet, zo redeneert SodM. Het is uit de praktijk bekend dat ontladingen niet altijd tot bevingen leiden. Gesteente verschuift, maar dat kan ook zonder seismisch waarneembare trillingen. In vaktermen heet dat aseismische kruip (in het Engels: aseismic creep).

De snelheid van gaswinning is mogelijk van invloed op het al dan niet optreden van dit kruipeffect. Als de winningssnelheid maar laag genoeg is, en ook gelijkmatig over het seizoen, kan de spanning geleidelijk wegvloeien volgens SodM. Het gevolg is dat zich in de verdere looptijd van winning in een gasveld in totaal minder bevingen zullen voordoen. Ook de verhouding tussen het aantal lichte en zware bevingen verandert dan: die neemt toe. Maar in de wetenschap, zo schrijft SodM, is er tot op heden „geen consensus over het effect van de snelheid van drukafname op het aantal en de sterkte van de bevingen”.

Dat zegt ook geofysicus Christopher Spiers, hoogleraar Aardmaterialen aan de Universiteit Utrecht. Zijn groep doet sinds kort, met financiering van de NAM, onderzoek aan het kruipeffect. „Dit is wetenschappelijk de frontlinie. We beginnen dat schuifgedrag van breukvlakken te kwantificeren. maar de berekeningen zijn nog niet betrouwbaar genoeg”, zegt hij.

Aardbevingsdichtheid

Toch heeft SodM al wel aanwijzingen voor zijn theorie gevonden. In 2014 en 2015 is de gasproductie in stappen teruggeschroefd, vooral in de regio Loppersum. SodM vroeg zich af wat voor gevolgen dat heeft gehad, en gaf het Centraal Bureau voor de Statistiek (CBS) opdracht er onderzoek naar te doen. Op basis van door NAM en KNMI aangeleverde data analyseerde het CBS voor verschillende regio’s in het gaswinningsgebied de snelheid van drukafname en de aardbevingsdichtheid. Die dichtheid wordt grofweg als volgt bepaald: vanaf het epicentrum van een beving wordt een cirkel met een straal van vijf kilometer getrokken. Daarna worden er waardes toegekend, het epicentrum krijgt de hoogste waarde, de randgebieden de laagste. Als bevingsgebieden overlappen tellen waardes in het overlappende deel bij elkaar op. Uit de statistische analyse volgt voor de meeste gebieden een relatie tussen de snelheid van de drukdaling en de aardbevingsdichtheid. Wat de theorie van SodM ondersteunt. „Maar dat is statistiek”, zegt hoogleraar Spiers. „We hebben nog geen idee hoe dit fysisch werkt.”

Tegelijk heeft SodM ook dingen zien gebeuren die ze, volgens zijn theorie, juist weer niet had verwacht. Eind 2016 begon de seismiciteit in de regio van Loppersum weer op te lopen. SodM had verwacht dat die, bij het toenmalige winningsplafond van 24 miljard kubieke meter per jaar, juist verder zou afnemen. Die verwachting „vindt geen bevestiging”, schreef ze in zijn advies van april 2017.

De NAM heeft er wel een verklaring voor, zegt Jan van Elk, die bij het bedrijf het onderzoek naar aardbevingen leidt. Sinds de winning in de regio Loppersum is verlaagd, komt het gas voornamelijk uit het zuidelijk en met name het oostelijk deel van het Groningenveld. Daardoor is de druk in die gebieden sneller gedaald dan bij Loppersum. Aangezien het Groningenveld een open systeem is, reageert het gas onder Loppersum daarop – met enige vertraging – door naar de gebieden met lagere druk te trekken. Met als gevolg dat de drukval in de regio Loppersum weer is opgelopen en de seismiciteit na de rustige jaren 2015 en 2016 weer is toegenomen. Ook speelt mee, zegt Van Elk, dat de zandsteenlaag onder Loppersum dikker en poreuzer is dan op de meeste andere plekken. „De gesteentelaag is er meer samendrukbaar, en de spanningen in het gesteente lopen er ook hoger op. De bodemdaling is er het grootst.”

Het is niet dat de NAM het bestaan van aseismische kruip ontkent. Integendeel. Ze wijst er zelfs op in zijn vorig jaar mei verschenen meet- en regelprotocol. Over de verminderingen van de gasproductie sinds 2014 schrijft de NAM dat het erop lijkt dat „een deel van de opgebouwde spanning door deze maatregelen aseismisch weglekt”. En verder: „Er zou dus niet alleen sprake kunnen zijn van ‘uitstel’ maar ook mogelijk ‘afstel’ van bevingen”. Toch houdt de NAM vast aan haar model waarbij aardbevingen worden afgeleid uit de mate waarin de zandsteenlaag inklinkt, de compactie. Dat komt, zegt Jan van Elk, omdat het kruipeffect nog lastig te kwantificeren is. „Daarom gaan we er voorlopig vanuit dat het niet bestaat. We zijn daarin conservatief. Daarmee overschatten we de risico’s mogelijk.”

De verschillende uitgangspunten van de NAM en SodM zijn van invloed op de vraag bij welk productieniveau het voor de Groningers veilig is. In de analyses door de NAM maakt het niet uit of je 25 jaar snel wint, of 100 jaar langzaam. Over de levensduur van het Groningenveld zullen zich dezelfde aardbevingen voordoen, alleen meer ingedikt, of uitgesmeerd over de tijd. Volgens SodM maakt de winningssnelheid wel uit. In die theorie zou bij het verder terugschroeven van de jaarlijkse gaswinning, het veilige niveau dus eerder worden bereikt. Want het kruipeffect dempt zwaardere aardbevingen. Maar, zo schrijft SodM ook in haar advies van april 2017, er is nog geen enkel model dat het veilige productieniveau kan voorspellen. „Een wetenschappelijke doorbraak is nodig maar deze wordt op dit moment niet binnen afzienbare tijd voorzien.”

Directe ingreep

Mede door de grote onzekerheden van de modellen zijn er in mei 2017 afspraken gemaakt over wanneer er moet worden ingegrepen. Bij de beving van Zeerijp, op 8 januari, gebeurde dat. De grondversnelling, die aangeeft hoezeer de bodem aan het aardoppervlak in trilling is gebracht na een beving, bedroeg 0,116 g. Dat was hoger dan het afgesproken hoogste niveau van urgentie (0,1 g). Dat niveau vraagt een directe ingreep – bijvoorbeeld verlaging van de gasproductie. Daarover wordt nu nagedacht. De NAM kwam binnen 48 uur na die beving met een advies aan SodM – zoals het meet- en regelprotocol voorschrijft. Op zijn beurt stuurt SodM een advies aan de minister, waarschijnlijk over ruim een week.

De NAM geeft in haar advies van 10 januari als mogelijke optie om de gasproductie op drie locaties net ten zuiden van Loppersum helemaal stop te zetten. Een andere mogelijkheid is de jaarproductie van het hele veld te verlagen. Dat laatste zal in ieder geval gebeuren, want minister Wiebes (Economische Zaken, VVD) heeft dat al toegezegd. Alleen is nog niet duidelijk met hoeveel.

Foto Kees van de Veen

Zo’n verlaging heeft zowel volgens het model van de NAM als dat van SodM zin. In beide gevallen levert het, gemeten per jaar, minder en ook minder zware aardbevingen op. Dat geeft ook extra tijd om eindelijk werk te maken van de versterking van de kwetsbare gebouwen in het gebied, iets wat tot nog toe niet van de grond wil komen.

Intussen is er tussen de NAM en SodM ook onenigheid over het begrip ‘veilig’. Wat wordt daaronder verstaan? Eind 2015 is daarvoor een norm vastgesteld, op advies van de commissie Meijdam. Die norm schrijft de maximaal aanvaardbare kans voor dat iemand na een aardbeving komt te overlijden door instorting van een gebouw, of afbrokkeling van onderdelen daarvan, zoals de schoorsteen. De commissie Meijdam heeft hiervoor dezelfde kans gekozen die geldt voor het inschatten van risico’s bij overstroming, of bij instorting van huizen onder windbelasting. Op basis van die risico’s worden huizen al dan niet versterkt.

Waar deze ‘aardbevingsnorm’ geen rekening mee houdt zijn gezondheidsklachten die Groningers kunnen krijgen door alle stress na het meemaken van een beving, of het leven in een beschadigd huis. Zij willen zich veilig voelen, en maken liever geen zware aardbevingen meer mee. De politiek is daar gevoelig voor, gezien de commotie na de aardbeving bij Zeerijp. Op 11 januari, drie dagen na die beving, sprak SodM van ‘code rood’. Weer vijf dagen later stelden Groen Links, SP en PvdA tijdens het Kamerdebat voor de gasproductie bijna te halveren, naar 12 miljard kubieke meter per jaar.

Code rood

De NAM vindt het gebruik van ‘code rood’ door SodM misleidend. Ze schreef er woensdag 17 januari een felle brief over aan de toezichthouder. Die twee woorden wekken de indruk dat de veiligheid van de Groningers in het geding was. Maar daar is, volgens de definitie van de commissie Meijdam, geen sprake van, schrijft de NAM. De Zeerijp-beving viel binnen de risicomodellering.

Maar, zo stelt SodM op zijn beurt, van die modellen was nou juist vastgesteld dat ze te veel onzekerheden bevatten om een veilig productieniveau te bepalen. De NAM schrijft dat er strikt genomen geen maatregelen nodig zijn na die 3,4-beving bij Zeerijp. Die worden nu wel genomen, op basis van het meet- en regelprotocol. De daarvoor opgestelde grenswaarden zijn gekozen mede op basis van de verwachte maatschappelijke onrust.

De NAM presenteert in de brief een tabel met uiteenlopende jaarproducties, en de kans op een aardbeving zwaarder dan 3,6 op de schaal van Richter. Bij de huidige productie (21,6 miljard kubieke meter) schat de NAM die kans voor dit jaar op 16 procent. Bij een productie van 13 miljard kubieke meter is die kans nog steeds 8 procent.

Als de ingreep in de gaswinning erop gericht is de Groningers geen aardbeving van 3,4 meer te laten meemaken, zoals die bij Zeerijp, dan is er volgens Jan van Elk van de NAM maar één oplossing. „Dan moet de productie terug naar 0.”

SodM wil op die tabel met percentages nog niet reageren.