Angst voor het onbekende
1 Inleiding
De redactie had al een tijdje een artikel in voorbereiding over lichte aardbevingen in Nederland die ten gevolge van de gaswinning kunnen ontstaan. De lichte bevingen kunnen ontstaan bij de winning van gas in Groningen en bij het winnen van schaliegas, alhoewel bij de winning van het schaliegas de kans op een beving aanzienlijk kleiner is dan bij het boren naar gas in Groningen.
1.1 Geen einde aan bevingen
Nauwelijks bekend is dat met het staken of verminderen van de gasproductie er geen einde komt aan de lichte bevingen. De bevingen kunnen na het stoppen van de gaswinning nog minstens 10 tot 20 jaar doorgaan. Dit is de tijd die het duurt voordat de ondergrond weer tot rust is gekomen.
Gedurende die periode staat de overheid er met lege handen beteuterd bij te kijken omdat de aardgasbaten van naar schatting € 120 miljard tot € 200 miljard over de genoemde periode ook wegvallen. In dat geval kunnen we die 10 tot 20 jaar beter doorgaan met aardgaswinning en vijf tot tien procent van de inkomsten gebruiken om preventieve maatregelen tegen de lichte aardbevingen te nemen, zoals het aanpassen van funderingen van gebouwen en andere bouwkundige constructies.
1.2 Bodemdaling
De bodemdaling heeft ook gevolgen voor de waterstand in sloten en vaarten. De gevolgen voor de waterstand kunnen met sluizen hier, waterkringen, gemalen en waterinlaatplaatsen daar, afdoende bestreden worden.
Over al deze problemen handelt dit artikel dat nog lang niet af is. Het wordt regelmatig uitgebreid en aangepast aan de actualiteit.
Aardgas
Het gas in Groningen, wat in de volksmond gewoon aardgas of conventioneel gas wordt genoemd, zit opgesloten in een poreuze zandsteenlaag, het schaliegas, in de volksmond onconventioneel gas genoemd, zit opgesloten in een harde laag van leisteen, ook wel schalie genoemd. Bij het onttrekken van aardgas uit de laag zandsteen zal het zandsteen inklinken waardoor er kleine scheuren in de bodem kunnen ontstaan waarlangs het zandsteen over een zeer kleine afstand kan bewegen.
De bodem zal zich opnieuw ‘zetten’ wat zich uit in een lichte aardschok of beving.
Schaliegas
Schaliegas is gewoon aardgas, het zit alleen opgesloten in een harde leisteenlaag. Zelfs de samenstelling verschilt nauwelijks van het aardgas, namelijk ongeveer 82% CH4 (methaan), ongeveer 3% gasvormige koolwaterstoffen, 14% stikstofgas en ongeveer 0.8% kooldioxide.
De leisteenlaag waar het schaliegas in opgesloten zit is keihard. Zodra het schaliegas uit de keiharde leisteenlaag is onttrokken kan deze laag niet inklinken en ontstaan er ook geen scheuren in de bodem.
Breuklijnen
Wat soms wel kan gebeuren is dat de schokken die door het fracken worden veroorzaakt in de buurt van de boorplaats in kunnen werken op bestaande breuklijnen. Indien uit geologisch onderzoek blijkt dat er in de buurt van de boorplaats al natuurlijke breuklijnen voorkomen is het afdoende om op voldoende afstand van die natuurlijke breuklijnen te gaan boren om lichte aardschokken of bevingen te voorkomen. Uit onderzoek is gebleken dat een afstand van ongeveer 5 kilometer tot bestaande breuklijnen voldoende is om lichte aardschokken of bevingen vrijwel volledig te voorkomen.
In een enkel geval in Engeland hebben zich de afgelopen jaren enkele lichte aardschokken voorgedaan als gevolg van het winnen van schaliegas. De boorputten lagen in alle gevallen dicht in de buurt van bestaande breuklijnen. Als men met die kennis heden ten dage gaat boren is het ontstaan van een lichte aardschok of beving nagenoeg uitgesloten.
Het boren naar aardgas in Nederland begon in 1963
Vanaf de jaren 60 wordt er in Nederland aardgas gewonnen. Zo is in 1963 begonnen met het boren in het Groningen-gasveld, ook wel Slochterenveld genoemd. Tot 1986 zijn er in Noord-Nederland geen aardbevingen waargenomen. De eerste aardbeving vond plaats bij Assen op 26 december 1986 en sindsdien zijn er door het KNMI in dit gebied een paar honderd aardbevingen geregistreerd met een maximale magnitude van 3,5.
Het seismologisch meetnetwerk in Noord Nederland. Blauwe driehoeken zijn boorgat seismometers en blauwe vierkantjes zijn versnellingsmeters. (Klik op de kaart voor een vergroting)
De aardbevingen in Noord-Nederland worden veroorzaakt door de gaswinning. Dit worden geïnduceerde bevingen genoemd. Een typisch kenmerk van door gaswinning veroorzaakte aardbevingen is de ondiepe ligging van het hypocentrum op enkele kilometers. Dit is een logisch gevolg van het feit dat deze trillingen ontstaan door bewegingen langs de breukvlakken in of nabij de met gas gevulde zandsteenlagen. Door de locaties van aardbevingshaarden in te tekenen op een geologische kaart kunnen breuken die actief geworden zijn geïdentificeerd worden. Wanneer we naar het patroon van alle aardbevingen in Noord-Nederland kijken, blijkt dat, op een enkele uitzondering na, alle aardbevingen in verband kunnen worden gebracht met de locaties van gasvelden. Dit geldt als een bewijs dat de gaswinning inderdaad de oorzaak is van de bevingen.
Het gas zit op ongeveer 3 kilometer diepte onder een druk van soms meer dan 300 atm. in een poreuze gesteentelaag, zoals een zandsteenlaag. Het gasreservoir wordt afgesloten door een voor gas niet-doorlatend gesteente, bijvoorbeeld steenzout. Als het gas is weggehaald, moet alleen de zandsteenlaag de bovenliggende drie kilometer gesteente dragen. Hierdoor kan de laag in elkaar gedrukt worden, wat ook aan het oppervlakte merkbaar is als bodemdaling. Soms gebeurt die daling heel geleidelijk, soms meer schoksgewijs en dat laatste is dan een aardschok of lichte aardbeving.
De grootste bevingen in Noordoost-Nederland vonden plaats bij Roswinkel (Drenthe) op 19 februari 1997 en bij Middelstum (Groningen) op 8 augustus 2006. Ze hadden een kracht van 3,4 en 3,5. Per jaar worden in deze regio ongeveer 40 schokjes geregistreerd, waarvan er ongeveer 5 tot 10 door de bevolking worden gevoeld.
De zwaarste beving die Groningen tot nu toe kende was die in het dorp Huizinge in de gemeente Loppersum op 16 augustus 2012. Daar werd eerst een kracht van 3,4 gemeten, na bijstelling kwam deze volgens het KNMI uit op 3,6.
Ook in Noord-Holland zijn aardbevingen waargenomen bij gasvelden. In 1989 bij Purmerend, in 1994 en 2001 bij Alkmaar en in 2001 bij Bergen aan Zee. De sterkste was de beving met een kracht van 3,5 op 9 september 2001 bij Alkmaar.
In augustus 2006 had het KNMI in totaal 450 aardbevingen in Noord-Nederland geregistreerd waarvan er 10 groter waren dan 3,0 en 60 tussen 2,0 en 3,0. Bevingen met een kracht kleiner dan 2,0 worden doorgaans niet gevoeld door mensen.
Een tot 2 januari 2014 bijgewerkte lijst van het KNMI met lichte aardbevingen in Noord Nederland als gevolg van gaswinning.
Zie ook de website van het KNMI voor de meest recente aardbevingen.
Sinds 1995 worden deze gebieden bewaakt met een netwerk van boorgatseismometers en versnellingsmeters. Boorgatseismometers zijn seismometers die tot op een diepte van 200 meter in de grond zitten. In elk boorgat zitten seismometers op verschillende dieptes met een onderling diepteverschil van 50 meter, meestal op 50, 100, 150 en 200 meter diepte. Per niveau worden 3 richtingen geregistreerd (1 verticale en 2 horizontale richtingen). Op dieptes vanaf 150 meter is de bodemruis een factor 10-100 lager dan aan het oppervlak, zodat kleinere aardbevingen beter geregistreerd kunnen worden dan met oppervlakte instrumenten.
Versnellingsmeters meten heel nauwkeurig de versnelling van de bodem vlakbij het epicentrum van een aardbeving. De versnelling is een maat voor de krachten die op een huis komen te staan. Dit wordt gebruikt om een relatie tussen de intensiteit van de beving (dat wat de mensen gevoeld hebben) en de versnelling te vinden. Deze instrumenten zijn zeer mobiel en worden in gebieden neergezet waar regelmatig aardbevingen voorkomen.
De aardbevingen die optreden boven aardgasvelden hebben hypocentra, die vaak samen blijken te vallen met breuksystemen aan de top van de gashoudende zandsteenlagen. Geologie (breukkartering) en seismologie (bepaling hypocentra) kunnen dus samen een aanwijzing geven voor de herkomst van aardbevingen. (Klik op de afbeelding voor een vergroting)
Wat is een hypocentrum en wat is een epicentrum en waar bevinden ze zich? Dat wordt in onderstaand figuur duidelijk gemaakt:
Het aardgas zit op ongeveer 3000 meter diepte opgesloten in het poreuze zandsteen dat afgedekt wordt door een harde zoutlaag.
Wat is het hypocentrum en wat is het epicentrum?
(klik op de afbeelding voor een vergroting)
Kaart van Noordoost Nederland. Gele cirkels zijn aardbevingen, blauwe driehoeken zijn boorgat seismometers, blauwe vierkantjes zijn versnellingsmeters, groene velden zijn gasvelden en met oranje worden steden en dorpen aangegeven. (Klik op de afbeelding voor een vergroting)
(Bron: KNMI)
Aardbevingen bij het boren naar schaliegas
De samenstelling van de bodem bij schaliegas bekkens is anders dan bij aardgas.
Zoals hierboven al werd opgemerkt bestaat de bodem in Noord Nederland in hoofdzaak uit een poreuze zandsteenlaag van een paar honderd meter dik waarin het gas onder hoge druk zit opgesloten. Steek een pijp in het zandsteen en het gas stroomt er vanzelf uit. Het gevolg is dat de druk in het poreuze zandsteen langzaam minder wordt en de zandsteenlaag zal krimpen.
Dit krimpen veroorzaakt langs de breuklijnen in het zandsteen kleine bewegingen die tot een aardschok kunnen leiden.
Schematische tekening van bodemdaling veroorzaakt door het onttrekken van gas aan het zandsteen.
In tegenstelling tot aardgas dat opgesloten zit in poreus zandsteen, zit schaliegas opgesloten in schaliegesteente dat meestal op grotere diepte ligt dan het poreuze zandsteen.
Komt aardgas vrijwel vanzelf uit de grond als men een pijp in de zandsteenlaag boort, de druk van het gas is minstens 200 atmosfeer, schaliegas komt niet vanzelf uit het schaliegesteente en moet met wat externe hulp uit het schaliegesteente gehaald worden.
Het inklinken van de zandsteenlaag waar het aardgas zit opgesloten komt bij het schaliegesteente waar schaliegas in zit, niet voor. Er ontstaan dan ook bij het boren naar schaliegas geen breuklijnen in het schaliegesteente die kunnen verschuiven.
Wat wel in het verleden is voorgekomen is dat men in Engeland en de VS in de buurt van bestaande breuklijnen naar schaliegas ging boren. Op de boorlocatie van Cuadrilla in Engeland liep er een breuklijn dwars door de boorlocatie.
Als zo’n breuklijn zich in de buurt van een schaliegas boring bevindt dan kan door de schok die bij het fracken vrij komt, deze bestaande breuk zich over een paar centimeter verplaatsen.
Het is dus van groot belang dat er voordat er exploratieboringen worden gedaan een nauwkeurig geologisch onderzoek wordt gedaan naar de aanwezigheid van breuklijnen in de buurt van boorlocaties.
In Nederland is dat al uitvoerig in kaart gebracht.
Brabant wordt, samen met Limburg, gekenmerkt door een aantal breuklijnen die op niet al te grote diepte zitten, dwz. op ongeveer 10 tot 20 km.
De twee belangrijkste breuklijnen zijn de Peelrandbreuklijn en de Feldbissbreuklijn. Beide breuklijnen lopen van zuidoostelijke naar noordwestelijke richting.
De Feldbissbreuklijn is de minst actieve breuklijn in het gebied. Er worden niet of nauwelijks bevingen langs deze breuklijn geregistreerd. Geologen schatten dat de laatste echte beving meer dan 200.000 jaar geleden, sinds de voorlaatste ijstijd, heeft plaatsgevonden.
Anders is het met de Peelrandbreuklijn gesteld. Die is aanzienlijk actiever. Iedereen herinnert zich vast wel de aardbeving bij Roermond op 13 april 1992, ‘s nachts om tien voor half vier, die met een kracht van 5.8 op de schaal van Richter, tot nu toe de zwaarste aardbeving in Nederland was.
De aardbeving vond op een diepte van iets meer dan 17 km plaats en werd in nagenoeg heel West Europa gevoeld.
Met enige regelmaat komen er langs de Peelrandbeuklijn lichte aardbevingen voor met een kracht tussen de 2 en 3 op de schaal van Richter.
Het laat zich echter aanzien dat er in de directe nabijheid van de boorlocatie in Boxtel geen breuklijnen van enige betekenis voorkomen en dat geologisch onderzoek ter plaatse zal uitwijzen dat er veilig geboord kan worden.
Breuklijnen in zuid-oost Nederland. Klik op de figuur voor een vergroting
