Een aardbeving is een trilling of schokkende beweging van de aardkorst wanneer hier plotseling energie vrijkomt. In Zuid-Nederland komen natuurlijke bevingen voor. In Groningen ontstaan aardbevingen door gaswinning. Deze worden ook wel ‘geïnduceerde bevingen’ genoemd.

Aardbevingen door gaswinning

Aardgas zit onder hoge druk opgesloten in een poreuze zandsteenlaag op ongeveer drie kilometer diepte, onder een dikke ondoordringbare zoutlaag. De druk in de zandsteenlaag neemt af door gaswinning. Hierdoor wordt de aardlaag onder het gewicht van het bovenliggende gesteente ineen gedrukt. Dit noemen we compactie. Compactie leidt op de lange termijn tot bodemdaling aan het oppervlak. Wanneer aardlagen bij een natuurlijke breuklijn in elkaar worden gedrukt, kan er spanning ontstaan waardoor die aardlagen schoksgewijs verschuiven: dit is een aardbeving.

Compactie van een gasvoerende laag en daaruit voortvloeiende bodemdaling als gevolg van vermindering van de gasdruk. Het schema toont de factoren die de mate van bodemdaling bepalen. (bron: NAM).

De plek in de ondergrond waar dit gebeurt noemen we het hypocentrum. Recht hierboven, aan het aardoppervlak, ligt het epicentrum. Het epicentrum is het punt waar de aardbeving het sterkst wordt gevoeld. Een stevige aardbeving op grote diepte hoeft niet direct veel effect te hebben aan de oppervlakte, maar deze kan wel tot ver in de omgeving gevoeld worden. Een lichte, ondiepe beving kan daarentegen een hoge intensiteit hebben aan het oppervlak en dus sterkere gevolgen in een kleiner gebied.

Verschillende schalen voor meten sterkte en intensiteit aardbevingen

Voor het meten van de kracht van aardbevingen zijn in de loop der jaren diverse schalen opgesteld, meestal vernoemd naar de bedenkers ervan. De belangrijkste tweedeling in die schalen, is het verschil tussen sterkte en intensiteit. Ofwel: de kracht van een aardbeving (sterkte) en de gevolgen ervan (intensiteit). Veel gebruikte schalen zijn:

• De schaal van Richter meet de kracht, de magnitude, van een beving. De schaal van Richter meet alléén de kracht van de aardbeving zelf en de gemeten score is dus overal aan de oppervlakte hetzelfde.

• De schaal van Mercalli geeft de intensiteit van de trillingen van een aardbeving weer. De intensiteit van de trillingen wordt enerzijds bepaald door de afstand tot het epicentrum. Hoe groter de afstand, hoe minder de grond zal bewegen en hoe kleiner de intensiteit. Maar ook het type ondergrond kan de intensiteit van een aardbeving beïnvloeden. De gemeten waarden op de schaal van Mercalli kunnen dus per locatie verschillen.

• Een moderne versie van de schaal van Mercalli is de Europese Macroseismische Schaal (EMS-98). Deze schaal beschrijft de intensiteit van een beving in twaalf niveaus: van ‘niet gevoeld’ tot ‘buitengewoon catastrofaal’.

Aardbevingen in Noordoost-Groningen

Het Groningen-gasveld leverde sinds december 1963 decennia lang aardgas zonder voelbare gevolgen. Sinds december 1991 (Middelstum, 2.4 op de schaal van Richter) doen zich echter aardbevingen voor in Groningen, die veroorzaakt worden door gaswinning. In 1991 stelde de overheid een commissie in met onder meer NAM en de Rijksgeologische Dienst onder leiding van het KNMI. Eind 1993 kwamen zij met hun rapportage, waarin het verband tussen gaswinning en aardbevingen in Groningen werd aangetoond. NAM bevestigt sindsdien dit verband. Onderzoek dat NAM in 2013 uitvoerde, in het kader van het kabinetsbesluit over de toekomst van gaswinning, toont een verband aan tussen het gebied in Groningen met de grootste compactie en het gebied met de meeste en zwaarste bevingen.

Kracht aardbevingen neemt toe

Dat zich lange tijd geen aardbevingen voordeden in Groningen, komt omdat bodemdaling met een zekere vertraging optreedt. Die periode laat zich echter niet exact voorspellen. Wel is na onderzoek in 2013 duidelijk geworden dat de kracht van aardbevingen toeneemt naarmate het gasveld leger raakt. Het aantal aardbevingen in Noordoost-Groningen nam de afgelopen jaren dan ook toe, evenals de kracht ervan. Zo vonden er in 2000 zeven aardbevingen plaats met een kracht groter dan of gelijk aan 1.5 op de schaal van Richter. Bij twee van deze zeven aardbevingen werd een kracht geregistreerd hoger dan 2 op de schaal van Richter.

In 2013 blijkt het totaal aantal bevingen van 1.5 op de schaal van Richter of hoger, gestegen naar 29. Acht van deze aardbevingen hadden een kracht 2 op de schaal van Richter of hoger. Het KNMI houdt een lijst bij met alle aardbevingen in Nederland.

Aardbevingen in Nederland en directe omgeving, t/m oktober 2014 (bron: KNMI).

Prognoses voor de komende 3 tot 5 jaar

De aardbeving bij Huizinge (gemeente Loppersum) op 16 augustus 2012 was met een kracht van 3.6 op de schaal van Richter de krachtigste beving die het KNMI tot nu toe in het Groningen-gasveld heeft gemeten. Ook de intensiteit van deze beving werd als sterk ervaren door mensen die wonen boven het gasveld. Dit was aanleiding voor de minister van Economische Zaken om een groot aantal studies te laten verrichten en NAM te vragen om een nieuw Winningsplan voor hij begin 2014 een besluit nam over de toekomst van gaswinning uit het Groningen-gasveld. Als onderdeel hiervan deed NAM in 2013 onderzoek naar de maximale kracht van bevingen voor het Groningen-gasveld en naar alternatieve winningstechnieken om het aantal bevingen en de maximale kracht ervan te verkleinen.

Tot 4,1 op de schaal van Richter in 2016

Een analyse uit het NAM-onderzoek naar de maximale kracht van aardbevingen toont een verband tussen het gebied in Groningen met de grootste compactie en het gebied waar de meeste en zwaarste aardbevingen zijn. Compactie veroorzaakt aardbevingen. Het voorspellen van aardbevingen is echter complex. We kunnen niet exact voorspellen waar en wanneer een aardbeving met welke kracht plaatsvindt. Wel kunnen deskundigen het risico op nieuwe aardbevingen voor de komende drie jaar inschatten.

Positionering van meet- en monitoringinstrumenten op en rond het Groningen-gasveld, w.o. KNMI-seisometers en -grondversnellingsmeter en sensoren in publieksgebouwen (bron: NAM).

Onderzoeken laten zien dat de komende 3 jaar (tot 2016) een aardbeving kan voorkomen met een kracht van 4,1 op de schaal van Richter. Hierbij geldt een grondversnelling (PGA) van 0,12g (g is de versnelling door de zwaartekracht). Er is een kans van 10% dat er een sterkere aardbeving komt met een hogere grondversnelling. Bij een grondversnelling van 0,12g zijn er geen grote zorgen voor dijken, buisleidingen en hoogspanningsmasten. Voor gebouwen is er wel reden tot zorg, omdat bepaalde huizen bij zo’n aardbeving grote schade kunnen oplopen. Het versterken van de huizen is daarom nodig.

Er is nog niet genoeg informatie beschikbaar over het gedrag van de ondergrond om verder te kijken dan een periode van 3-5 jaar. Hiervoor is extra onderzoek nodig. Onder meer op basis van dit onderzoek wordt in 2016 een nieuw Winningsplan ingediend waarover het kabinet zal beslissen.

Beïnvloeden van aardbevingen

Infographic hoofdmaatregelen Ontwerpbesluit, Ministerie van Economische Zaken.

De minister van Economische Zaken nam op vrijdag 17 januari 2014 het ontwerpbesluit de komende drie jaar de productie uit vijf gaswinninglocaties rond Loppersum met 80% te verminderen. Gas wordt dan voornamelijk uit het zuidelijk deel van het Groningen-gasveld geproduceerd. De inschatting van het kabinet is dat hierdoor de druk minder snel daalt in het gebied rond Loppersum waardoor aardbevingen ter plaatse naar verwachting in mindere mate toenemen. Uit onderzoek van NAM, waar NAM in mei 2014 over publiceerde, blijkt het volgende: in vergelijking met het Winningsplan zorgt het ontwerpbesluit van het Kabinet ervoor dat in de komende drie jaar in het noorden van het Groningen-gasveld de opbouw van compactie, en daarmee de opbouw van seismische energie, kleiner wordt. Daar tegenover staat dat de opbouw van seismische energie in het midden en zuiden van het gasveld licht toeneemt. Staatstoezicht op de Mijnen (SodM) onderschrijft deze conclusie, mede op basis van een vergelijkbaar onderzoek dat TNO eerder in 2014 uitvoerde.

NAM-gaswinningslocatie ’t Zandt, Groningen (bron: ANP).

Stikstofinjecties reduceren bewegingen ondergrond?

NAM heeft in 2013 onderzocht hoe het aantal aardbevingen en de kracht daarvan beperkt kan worden met alternatieve winningsmethodieken. Een van de methodes die werd onderzocht, is het kunstmatig hooghouden van de druk in het Groningen-gasveld, door gewonnen aardgas te vervangen door stikstof. Stikstof is de meest geschikte stof die in het gasveld geïnjecteerd kan worden om te proberen te voorkomen dat de ondergrond beweegt. Door stikstof in het veld te injecteren, kan de druk in het gasveld op een constant niveau blijven. Deze oplossing is duur, kost enorm veel energie, beperkt de gasreserves en heeft veel impact op het landschap. Vervolgonderzoek moet uitwijzen in hoeverre stikstofinjectie op termijn een optie is. Het injecteren van stikstof kan op zijn vroegst na 2018 beginnen. NAM zet het onderzoek naar stikstofinjectie de komende jaren voort.

• bron: NAM, september 2014.