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

De Mmax van Groningen

Eindelijk! Groningen heeft zijn Mmax, of beter gezegd, zijn ‘Mmax verdeling’. Eigenlijk is het voor het eerst dat het vraagstuk van de maximaal mogelijke magnitude (Mmax) van een – geïnduceerde of getriggerde – aardbeving in en rond het Groningengasveld, grondig is aangepakt. En het resultaat mag er wezen! Puik stukje aardbevingswetenschap! Een team van 8 topexperten hebben immers op basis van alle bestaande kennis, alsook op basis van presentaties door en discussies met onderzoekers, die zich bezig houden met de problematiek van geïnduceerde aardbevingen in Groningen en wereldwijd (tijdens een Mmax workshop in maart 2016), een expertenoordeel (expert judgement) gevormd over de Mmax in Groningen.
Maar in de traditie van de Groningse kakofonie wordt weerom een loopje genomen met de wetenschappelijke conclusies van dit expertenoordeel, door media, activisten, … en de NAM. Tijd dus om even de puntjes op de i te zetten.

SSHAC

Studies over de aardbevingsdreiging, vooral in tektonisch minder actieve gebieden, worden geconfronteerd met een hoge graad van onzekerheden, en resulteren dan ook vaak in sterk uiteenlopende inschattingen van de seismische dreiging. Dit heeft in de jaren ’80 en ’90 in het kader van seismische dreigingstudies voor kritische infrastructuur, zoals kerncentrales, aanleiding gegeven tot de ontwikkeling van een gestandaardiseerde procedure om vanuit een evaluatie van alle beschikbare kennis tot een ‘technically-defensible interpretation‘ te komen. Deze procedure steunt op het concept van de Senior Seismic Hazard Analysis Committee, kortweg SSHAC (zie bv. Practical Implementation Guidelines for SSHAC Level 3 and 4 Hazard studiesU.S.NRC; Implementation of the SSHAC Guidelines for Level 3 and 4 PSHAs – Experience Gained from Actual Applications – USGS).
De kern van de SSHAC-procedure is de TI (Technical Integration) team, die in volledige onafhankelijkheid vanuit hun expertise een expertenoordeel (expert judgement) zullen vellen over de gestelde vraag, in dit geval met betrekking tot de Mmax in Groningen. Hiervoor doen ze vooreerst een beroep op de beschikbare kennis over het Groningengasveld en de geassocieerde seismiciteit. Daarnaast steunen ze op analoge contexten van geïnduceerde en getriggerde seismiciteit, de algemene basisprincipes van breukfysica en aardbevingsdynamiek, en hun rijke ervaring met de SSHAC-procedure (het TI team voor de Groningse Mmax bestond uit 8 experten). Zij worden in het proces bijgestaan door enerzijds de resource experts, die hun algemene wetenschappelijke kennis over de gestelde problematiek ter beschikking stellen (tijdens de Mmax workshop namen 6 resource experts deel), en anderzijds de proponent experts, die bepaalde methodieken en/of modellen verdedigen, en dus niet noodzakelijk neutraal zijn (tijdens de Mmax workshop namen 12 proponent experts deel). Tenslotte wordt het proces nog in het oog gehouden door een participatory peer review panel (tijdens de Mmax workshop namen 9 ‘observers’ deel).

Groningen Mmax verdeling

De Mmax wordt gedefinieerd als de zwaarste aardbeving die een seismische bron – een breuk dus – in staat is op te wekken. Het gaat dus dan ook om de maximaal mogelijke aardbeving, niet de maximaal te verwachten aardbeving (zoals foutief wordt gecommuniceerd). Wel een wereld van verschil!
Bovendien is de Mmax tijdsonafhankelijk, omdat de Mmax wordt benaderd vanuit breukfysische en geomechanische principes, niet vanuit de statistiek van de aardbevingscatalogen. Dit maakt dat het uiteindelijke resultaat onafhankelijk is van de evolutie van de geïnduceerde seismiciteit, alsook onafhankelijk van de evolutie van de gaswinning en geassocieerde compactie. En dus blijft de Mmax ook geldig eenmaal de gaswinning gestopt is!
Tenslotte heeft het resultaat betrekking tot zowel geïnduceerde als getriggerde aardbevingen die veroorzaakt worden door de spanningsverstoring in de diepe ondergrond ten gevolge van de gaswinning, en dit tegenover de achtergrond van de natuurlijke seismiciteit in Groningen. Dit onderscheid tussen geïnduceerde en getriggerde aardbevingen speelt verder een sleutelrol in het uiteindelijke expertenoordeel.

De logic tree, die de leidraad gevormd heeft van het expertenoordeel over de Mmax in Groningen. Bij elke tak (= alternatieve interpretatie) is het toegekende relatieve gewicht aangegeven (op een totaal van 1.0). Bij elke eindtak (= Mmax) is de onderlinge waarschijnlijkheid aangegeven (telkens op een totaal van 1.0) (uit Report on Mmax Expert Workshop, 8-10 March 2016).

In de analyse geeft het TI team het zwaarste gewicht (0.75) aan een terreinspecifieke benadering (field-specific approach) (eerste knooppunt in logic tree). Dat betekent dat de analyse voornamelijk gebaseerd wordt op het uitermate grote en hoogkwalitatieve gegevensbestand over het Groningenveld en de geassocieerde seismiciteit. Met studies van analogen wordt in mindere mate (0.25) rekening gehouden. Dit maakt dat de resultaten dan ook zeer specifiek zijn voor de Groningse context en niet echt bruikbaar zijn voor andere gasvelden.

De cruciale vraag waarmee de experten geconfronteerd worden is of de geïnduceerde spanning door de gaswinning een breukbeweging kan veroorzaken die zich ‘significant’ (meer dan 500 meter) voortplant buiten het gasreservoir, of zelfs een breukwerking kan initiëren buiten het gasreservoir (tweede knooppunt in logic tree). De experten komen tot de conclusie dat op deze cruciale vraag met de huidige kennis geen sterk wetenschappelijk onderbouwd antwoord kan gegeven worden. Zij adviseren dan ook dat toekomstig onderzoek zich toelegt op het achterhalen van de spanningstoestand in de diepe ondergrond, alsook de geomechanische karakteristieken van de aanwezige breuken, en dit in het bijzonder onder het gasveld. Dit moet toelaten in te schatten of de relatief kleine spanningsverstoringen door de gaswinning ‘tektonische’ breukwerking kan ‘triggeren’ op breuken buiten het gasveld.

EXXONMobil2016-Groningen

Op deze schematische doorsnede zijn de breukdimensies weergegeven die nodig zijn voor het genereren van een aardbeving van een verschillende magnitude (M1, M2, M3, M4, M5), in relatie tot de diepte van het gasreservoir (uit Report on Mmax Expert Workshop, 8-10 March 2016; Dedonthey, ExxonMobil).

Het antwoord op deze vraag is uitermate belangrijk, zoals op bijgevoegde figuur mooi geïllustreerd wordt. Bij geïnduceerde aardbevingen beperkt de breukbeweging zich immers grotendeels tot het gasreservoir zelf (geelbeige zone op figuur). Dit geeft uiteindelijk magnitudes tot M4.0, hoogstens M4.5. Indien de breukbeweging zich ‘significant’ kan voortplanten buiten het gasreservoir, dan zijn zwaardere aardbevingen mogelijk (op de figuur is het breukvlak voor een M5 aardbeving in blauw weergegeven). Maar dan spreken we over getriggerde aardbevingen. Het zijn dan immers aardbevingen die ‘tektonische’ spanningen, die doorheen de geologische geschiedenis opgebouwd zijn op bestaande breuken in de diepe ondergrond, vrijgeven. Vandaar dat de studie van de spanningstoestand op deze breuken zo cruciaal is.

Gezien er voor het ogenblik geen wetenschappelijk gefundeerde aanwijzingen zijn dat getriggerde aardbevingen zich kunnen voordoen, heeft het TI team geoordeeld het grootste gewicht (0.75) te geven aan de tak van de geïnduceerde aardbevingen, die zich grotendeels beperken tot het gasreservoir. Daarbij oordelen de experten dat een Mmax van M4.0 eigenlijk onrealistisch is (vandaar een waarschijnlijkheid van 10%). Uit alle studies komt vervolgens naar voren dat M4.5 de meest voor de hand liggende Mmax lijkt te zijn (vandaar een waarschijnlijkheid van 60%). In de tak van de getriggerde aardbevingen, waaraan een kleiner gewicht (0.25) gegeven is, vinden we logischerwijs de zwaardere aardbevingen terug. Daarbij wordt voor aardbevingen met een magnitude in het bereik van M5.5 tot M6.5, de breukbeweging die zich onder het gasreservoir voortplant, als geologisch realistisch beschouwd. Een breukbeweging, die een M7.0 aardbeving zou veroorzaken, wordt dan weer als vrij onrealistisch gezien (vandaar een waarschijnlijkheid van maar 10%). Algemeen wordt aangenomen dat dit de magnitude is die maximaal mogelijk is op tektonische breuken in de Nederlandse ondergrond.

Het uiteindelijk resultaat is de Groningen Mmax verdeling, met een spreiding tussen M4.0 en M7.0 en een gewogen gemiddelde van M5.0 (zie blauwe balkjes op onderstaande figuur). Zoals al gemeld, is deze Mmax verdeling tijdsonafhankelijk. Deze Mmax verdeling kan nu als input dienen bij de volgende update van een probabilistische seismische dreigingsanalyse (PSHA) voor Groningen (zie Seismische dreiging in Groningen … van update naar update). Hierbij merken de experten op dat voor de vertaling naar grondbewegingen (PGA) er rekening moet gehouden worden met het feit dat aardbevingen met een magnitude kleiner dan M5.0 hun aardbevingshaard (hypocentrum) hebben binnen het gasreservoir, maar dat aardbevingen met een magnitude groter dan M5.0 hun aardbevingshaard kunnen hebben op om het even welke diepte in de seismogene korst, dus buiten het gasreservoir (vooral onder het gasreservoir).

Mmax

De Groningen Mmax verdeling, waarbij voor de verschillende Mmax de relatieve waarschijnlijkheid (op een totaal van 1) is aangegeven (blauwe balkjes). De oranje balkjes geven de verdeling weer van de Mmax van waargenomen geïnduceerde aardbevingen wereldwijd. De rode balkjes geeft de Mmax verdeling weer afkomstig uit de logic tree in het V2 risicomodel van de NAM (november 2015). (aangepaste figuur uit Report on Mmax Expert Workshop, 8-10 March 2016)

(5 + 6.5)/2 = 5.75 … zo simpel is het!

Deze Groningen Mmax verdeling is eigenlijk de eerste die sterk wetenschappelijk onderbouwd is. Dit kan niet beter geïllustreerd worden door deze nieuwe Mmax verdeling te vergelijken met de Mmax verdeling, die de NAM heeft aangewend in zijn V2 risicomodel van november 2015 (zie Hazard and Risk Assessment for Induced Seismicity in Groningen), dat mee aan de basis ligt van het winningsplan 2016. De Mmax verdeling, gebruikt in het V2 risicomodel (zie rode balkjes op bovenstaande figuur), is grotendeels op onwetendheid gestoeld is … nattevingerwerk dus. Dat wordt door de NAM zelf erkend.
Als bovengrens wordt een magnitude M6.5 genomen. Dit komt overeen met een theoretische aardbeving die alle compactie-energie die ooit opgebouwd zal zijn op einde van gaswinning, seismisch in één aardbeving zou vrijgeven. De ondergrens, M5.0, wordt eerder arbitrair gekozen, naar analogie met andere gasvelden in Europa. En als derde tak van de logic tree wordt het gemiddelde van beide waarden genomen, namelijk (5 + 6.5)/2 = M5.75. En omdat men zich nergens kan op baseren, worden aan de drie takken van de logic tree hetzelfde gewicht toegekend, namelijk 1/3. En als men dan het gewogen gemiddelde neemt van deze drie magnitudes, dan komt men natuurlijk uit op een gewogen gemiddelde – de zogezegde verwachtingswaarde – van M5.75. Als dit geen cirkelredenering is, dan weet ik het ook niet meer!

Deze verwachtingswaarde – gedefinieerd door de NAM als “de waarde die de maximale magnitude ‘gemiddeld genomen’ zal aannemen” (ik weet echt niet wat ik me daarbij moet voorstellen) – van M5.75 heeft dan ook eigenlijk niet veel betekenis, zeker omdat ze niet echt onderbouwd is vanuit de breukfysische en geomechanische realiteit van de Groningse diepe ondergrond.  Het heeft dan ook geen zin om de nieuwe verwachtingswaarde van M5.0 – wel wetenschappelijk onderbouwd – hiermee te vergelijken. Trouwens, melden dat de nieuwe verwachtingswaarde M5.0 sterk overeenkomt met eerdere inschattingen door TNO en KNMI, geeft weer blijk van een cirkelredenering … de inschattingen door TNO en KNMI maken immers deel uit van de kennisbasis waarop het TI team hun expertenoordeel gebaseerd hebben om tot de nieuwe Mmax verdeling – en dus het gewogen gemiddelde van M5.0 – te komen.

“Kans op zwaardere aardbevingen is significant afgenomen”

In de toelichting over de resultaten van de Mmax workshop door de NAM lezen we dat “de door de experts onvereengekomen kans op zwaardere aardbevingen, met een magnitude van 5.0 of hoger, ten opzichte van eerdere inschattingen significant is afgenomen”. Hopelijk is uit het voorafgaande al duidelijk dat de experten geen enkele uitspraak gedaan hebben over de probabiliteit van het voorkomen van aardbevingen van welke magnitude dan ook. Vergeet niet dat de afgeleide Mmax verdeling tijdsonafhankelijk is! Pas nu kan deze nieuwe – wetenschappelijk onderbouwde – Mmax verdeling aangewend worden in een update van een seismische dreigingsanalyse. Pas dan zal blijken of de kans op zwaardere aardbevingen effectief is afgenomen.

Een laatste persoonlijke noot … Herman Damveld concludeert dat “deze studie van de Nam niet geruststellend is” (zie ‘36 deskundigen: Aardbeving 25 keer zo sterk als Huizinge in 2012 mogelijk‘). Ik moet eerlijk bekennen dat de Mmax verdeling, die het resultaat is van deze SSHAC oefening, mij alvast eerder geruststellend overkomt, zeker als het gaat over de louter geïnduceerde aardbevingen. De crux blijft natuurlijk te achterhalen hoe het zit met mogelijk getriggerde aardbevingen … en daar staan we nog nergens!

 

Advertisements

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: