you're reading...
Earthquakes, Geology and Society, Groningen, Induced seismicity

Het seismisch moment van Groningen

Toen in de loop van vorige week uitlekte dat de gaswinning in Groningen zou teruggedraaid worden tot maximaal 24 miljard kuub (24 bcm) – dit op basis van het advies van het Staatstoezicht op de Mijnen (SodM) – kreeg ik al enkele telefoontjes met de vraag naar mijn mening hierover. Maar ook voor mij was dit een nieuw cijfer dat uit het niets bleek op te duiken. Ik moest het antwoord dan ook schuldig blijven, maar was wel benieuwd naar de nieuwe wetenschappelijke bevindingen die aan de basis zouden liggen van dit cijfer (Minder boren maakt Groningen niet veilig – Nederlands Dagblad, 22 juni 2016). Het was dan ook wachten tot het Advies over het winningsplan Groningen 2016 van het SodM publiek gemaakt werd op vrijdag 24 juni 2016.
Toen ik dit weekend ontdekte wat aan de basis lag van de 24 miljard kuub, brak mijn spreekwoordelijke klomp.

Interpolatie

SodM01

Voorspelling van de ontwikkeling van het jaarlijks aantal bevingen volgens het seismologische model van NAM. De interpolatie van 24 bcm is van SodM. De interpolatie laat volgens SodM zien dat tot 2021 het te verwachten aantal bevingen (M>1.5) lager is dan het waargenomen aantal in 2015.

(27 + 21)/2 = 24 … zo eenvoudig is het! De 24 miljard kuub van SodM is gewoonweg een ‘interpolatie’ tussen het gemodelleerde winningsscenario van 27 miljard kuub en 21 miljard kuub. De aanname van SodM (zie Advies over het winningsplan Groningen 2016)  is dat de seismische activiteit bij het huidige niveau van 27 bcm significant is afgenomen (al vind ik ook dat al een al te boude uitspraak waarover ik mijn twijfels heb). Bovendien blijkt uit het – op compactie gebaseerde – seismologische model van de NAM voor winningsscenario’s van 33 bcm en 27 bcm een toename in seismische activiteit gedurende de komende 10 jaar. Het winningsscenario van 21 bcm voorspelt voor de komende 10 jaar een seismische activiteit lager dan in 2015 is waargenomen. Een interpolatie van de gemodelleerde voorspellingen voor de winningsscenario’s van 21 bcm en 27 bcm laat volgens SodM vervolgens zien dat een winningsniveau van 24 bcm tot 2021 niet zou leiden tot hogere aantallen aardbevingen dan waargenomen in 2015! Daaruit besluit het SodM dat een niveau van 24 bcm een “onderbouwde keuze” is!

Dit geadviseerde winningsscenario van 24 bcm is dus NIET gemodelleerd door de NAM (dat kan toch niet zo moeilijk zijn?), maar gewoon het resultaat van het intekenen van een arbitrair lijntje (rode stippellijn op bovenstaande grafiek) tussen de modellen van 27 bcm en 21 bcm. Maar weten we of een 24 bcm scenario dichter ligt bij een 27 bcm of een 21 bcm scenario? Weten we hoe een 24 bcm scenario evolueert in de tijd? Neen, we weten het niet, want het 24 bcm scenario is NIET gemodelleerd! Eigenlijk is de 24 bcm van SodM niet meer dan wat nattevingerwerk op de achterkant van een bierviltje … ongehoord!

Seismisch moment

 Het advies van SodM beoogt het aantal aardbevingen per jaar met een magnitude van 1.5 of meer te verminderen. Maar eigenlijk is dat een fout perspectief. Want in deze optiek van SodM zou een jaar met slechts twee aardbevingen met een magnitude van 3.6 (zelfde magnitude als de Huizinge-aardbeving) er beter uitkomen dan een jaar met 20 aardbevingen met een magnitude van 1.5.

Als we het over aardbevingen hebben, moeten we het hebben over de seismische energie die vrijkomt, ongeacht het aantal aardbevingen. Dus eigenlijk moet er bij de gaswinning vooral nagestreefd worden dat de totale seismische energie die jaarlijks vrijkomt, ongeacht het aantal aardbevingen, de komende jaren onder controle gehouden wordt.
Om dit in te schatten, doen we een beroep op het seismische moment. Het seismische moment is de fysische parameter die gebruikt wordt om de grootte van een aardbeving te meten. Het is gebaseerd op drie parameters: (1) de schuifmodulus van het gesteente in de aardkorst (materiaaleigenschap); (2) de oppervlakte van het verschoven breukvlak tijdens de aardbevingen (eigenschap van breukbeweging); en (3) de gemiddelde verplaatsing op dit verschoven breukvlak (eigenschap van breukbeweging). Het seismisch moment vertaalt zich vervolgens in een momentmagnitude. Het seismisch moment heeft als eenheid Joule (J) of Newton meter (N.m), dezelfde eenheid als energie. Het seismisch moment is dan ook een maat voor de hoeveelheid energie die vrijkomt bij een aardbeving.

GroningenSeismicMoment

Evolutie van het jaarlijkse totale seismische moment voor de verschillende winningsscenario’s (33 bcm, 27 bcm, 21 bcm). Aangepaste figuur naar NAM2016 (Supplement to the Winningsplan Groningen 2016). De rode stippellijnen geven het seismisch moment weer van één individuele aardbeving met een momentmagnitude van respectievelijk 2, 3, 4 en 5. Tevens is het seismisch moment van de Roermondaardbeving (M5.3 – 13 april 1992) aangegeven.

De grafiek die de evolutie van het jaarlijkse totale seismische moment voor de verschillende winningsscenario’s weergeeft, is terug te vinden in het Supplement to the Winningsplan Groningen 2016 van de NAM. Deze grafiek zou eigenlijk de basis moeten vormen van een evaluatie van de verschillende winningsscenario’s met betrekking tot de seismische activiteit. Als oefening heb ik dan ook eens gepoogd deze evaluatie te doen … en dan kom ik toch tot enkele verrassende conclusies.

Maar laat ons eerst gewoon eens proberen een gevoel te krijgen van de gebruikte schaal van het jaarlijkse seismische moment (in N.m). Als eerste hulpmiddel heb ik op de grafiek het seismisch moment aangebracht (rode stippellijnen)  van een individuele aardbeving met een momentmagnitude van respectievelijk 2, 3, 4 en 5. Aan de rechterzijde zie je ook telkens de momentmagnitude van een individuele aardbeving met een seismisch moment van respectievelijk 1012, 1013, 1014, 1015 en 1016 N.m. Dus bijvoorbeeld heeft één individuele aardbeving met een momentmagnitude van 2.5 een seismisch moment van 1013 N.m.
Als bijkomende referentie heb ik ook het seismische moment van de Roermondaardbeving, die op 13 april 1992 de omgeving van Roermond in Nederlands Limburg trof, aangegeven. Deze aardbeving met een momentmagnitude van 5.3 – en een seismisch moment van 9.2 1016 N.m – is de zwaarste aardbeving in de recente geschiedenis van Nederland.

Wat leren we dan allemaal uit deze grafiek? Kijken we eerst even naar het verleden, aangegeven door de zwarte zaagtandlijn, aangeduid als ‘observed’. Dan zien we dat de verschillende jaarpieken eigenlijk volledig op conto te schrijven zijn van de ‘zwaarste’ aardbeving(en) – met een magnitude groter of gelijk aan 3.0 – die zich dat jaar heeft voorgedaan. In 2003 hebben we de M3.0 aardbeving in Stedum en de M3.0 aardbeving in Hoeksmeer; in 2006 de M3.5 aardbeving (seismisch moment = 2.5 1014 N.m) in Westeremden; in 2008 de M3.2 aardbeving in Westeremden; in 2009 de M3.0 aardbeving in Zeerijp; in 2011 de M3.2 aardbeving in Garrelsweer; in 2012 de M3.6 aardbeving (seismisch moment = 3 1014 N.m) in Huizinge; in 2013 de M3.0 aardbeving in Garrelsweer en de M3.2 aardbeving in Zandeweer; in 2014 de M3.0 aardbeving in Leermens; en in 2015 de M3.1 aardbeving in Hellum. Dus eigenlijk is de ‘observed’ curve de reflectie van het al of niet voorkomen in een bepaald jaar van ‘zwaardere’ aardbevingen – met een magnitude groter of gelijk aan 3.0. Of er nu in dat jaar veel of weinig aardbevingen zich hebben voorgedaan, is dan ook van geen tel. Het lijkt me dan ook dat vooral de jaren met een laag jaarlijks seismisch moment (bv. 2002, 2004, 2005, 2007, 2010) als referentie kunnen gebruikt worden voor de ‘achtergrondseismiciteit’ in het Groningse gasveld.
Tenslotte kunnen we ook het jaarlijkse seismische moment over de 20 jaar tussen 1995 en 2015 optellen. Het resultaat is ongeveer 1.6 1015 N.m. Dit is het equivalent van het seismisch moment van één aardbeving met een momentmagnitude van ~4.1. Bedenk dat dit nog altijd ongeveer 1/100 is van het seismische moment van de Roermondaardbeving.

En wat kunnen we nu uit deze grafiek afleiden met betrekking tot de verschillende winningsscenario’s? Neem bijvoorbeeld het lopende jaar, 2016. In het 33 bcm scenario zien we een seismisch moment van ~7 1013 N.m voor gans 2016; dit is het equivalent van een individuele aardbeving met een momentmagnitude van ~3.16. In het 21 bcm scenario zien we een seismisch moment van ~5 1013 N.m voor gans 2016; dit is het equivalent van een individuele aardbeving met een momentmagnitude van ~3.07. Doen we een ‘interpolatie’ voor een 24 bcm scenario, dan krijgen we  een seismisch moment van ~6 1013 N.m voor gans 2016; dit is het equivalent van een individuele aardbeving met een momentmagnitude van ~3.11. Het verschil in seismisch moment tussen het 33 bcm en 21 bcm scenario voor 2016 is dus ongeveer 2 1013 N.m, het equivalent van één individuele aardbeving met een momentmagnitude van ~2.8. Naar 2035 convergeert het seismisch moment voor alle scenario’s naar ~2 1014 N.m, het equivalent van een individuele aardbeving met een momentmagnitude van ~3,47.
Dit wil dus zeggen dat als er zich dit jaar één aardbeving voordoet met een magnitude van 3.1 het ‘budget’ voor 2016 in een 21 bcm  scenario – en zelfs een 24 bcm scenario – ruimschoots is opgesoupeerd, en dat er niet veel meer over is van het ‘budget’ in een 33 bcm scenario.
Een laatste cijfertje om alles in een globaal perspectief te zetten … voor 2016 wordt het jaarlijkse totale seismische moment voor Groningen ingeschat op ~5 à 7 1013 N.m. Wereldwijd is het jaarlijkse totale (natuurlijke) seismische moment ~2 à 6 1021 N.m … 8 grootteordes verschil!

Gemorrel in de kantlijn?

Vergelijken we nu het voorspelde jaarlijkse totale seismische moment voor 2016 – en zelfs de jaren nadien – tussen de verschillende winningsscenario’s (33 bcm, 27 bcm, 21 bcm), dan lijkt vanuit een seismisch perspectief de keuze tussen één van deze winningsscenario’s niet meer dan wat gemorrel in de kantlijn. Het verschil tussen het 21 bcm en 33 bcm winningsscenario is slecht één enkele aardbeving met een momentmagnitude van 2.8! De laatste aardbeving in Groningen met een magnitude van 2.8 deed zich voor in Woudbloem op 30 december 2014.
En dan spreken we nog niet over een mogelijk ‘zwaardere’ aardbeving. Eén aardbeving van een magnitude gelijk of groter dan 3.0, en het hele model voor het jaarlijkse totale seismische moment ligt in duigen (net als in de voorbije jaren; zie ‘observed’).
Nog meer: het is duidelijk dat deze verschillende winningsscenario’s totaal geen rekening houden met een mogelijke ‘Big One’, hoe uitermate klein ook de kans is. Op de bijgewerkte grafiek zie je het seismisch moment van een individuele aardbeving met een momentmagnitude van bijvoorbeeld 4 en 5 (rode stippellijnen). Stel nu gewoon eens dat tussen nu en 2035 zich één aardbeving voordoet met een momentmagnitude van 4.6 (seismisch moment = 1016 N.m), wat betekent dan nog het gemodelleerde verschil tussen een 21 bcm of 33 bcm scenario voor het jaarlijkse totale seismische moment … peanuts!

Niet hoeveel maar hoe!

Vanuit het perspectief van het jaarlijkse totale seismische moment lijkt me dan ook dat het echt niet veel uitmaakt of er 21 miljard kuub of 33 miljard kuub gas gewonnen wordt uit het Groningse gasveld. De 24 miljard kuub van SodM gaat dan ook echt niet het verschil maken (spijtig dat een 12 bcm winningsscenario niet vrijgegeven wordt, want dat zou pas een interessante vergelijking kunnen opleveeren). 33, 27, 24, 21, … het lijkt me echt niet meer dan wat gegoochel met cijfertjes.
Op basis van deze oefening ben ik er trouwens meer dan ooit van overtuigd dat de Groningse gaswinning door de NAM niet gestuurd moet worden vanuit het perspectief hoeveel, maar vanuit het perspectief hoe! En de drempels voor de regulering van de gaswinning moeten net gebaseerd zijn op het niet overschrijden van – vanuit het perspectief van aardbevingsveiligheid gekozen – seismisch momenten. Doen er zich dan alleen maar kleine aardbevingen voor, dan blijf je onder een eerste drempelwaarde van een jaarlijks ‘budget’ van seismisch moment (groen). Wordt deze eerste drempelwaarde overschreden, ten gevolge van veel kleinere aardbevingen of één relatief zwaardere aardbeving, dan dringen regulerende maatregelen zich op om het overschrijden van de maximum drempelwaarde te vermijden (oranje). En als deze maximum drempelwaarde wordt overschreden – en het ‘budget’ aan seismisch moment volledig is opgesoupeerd – dan wordt de gaswinning gewoon stilgelegd (rood). Inderdaad, het ‘Traffic Light” regelprotocol, waarvoor ik al een tijdje pleit (Kijk flexibel naar gaswinning – De Volkskrant, 20 januari 2015).

Niets daarvan … de komende vijf jaar wordt de Groningse gaswinning gereguleerd op basis van wat nattevingerwerk op de achterkant van een bierviltje …

Advertisements

Discussion

No comments yet.

Leave a Reply

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

Follow EarthlyMatters on WordPress.com
%d bloggers like this: