Onderzoek naar processen in diepe ondergrond van Nederland

15 november 2018

Acht vernieuwende projecten gaan onderzoek doen naar bewegingen en processen in de diepe ondergrond van Nederland. Het bestuur van het NWO-domein Exacte en Natuurwetenschappen kent in totaal bijna € 9 miljoen toe aan deze projecten, vanuit het onderzoeksprogramma DeepNL. Dat wil het fundamentele begrip verbeteren van de dynamiek van de diepe ondergrond onder invloed van menselijk ingrijpen. Projecten gaan onder meer over de vraag hoe heet aardbevingsbreuken kunnen worden, bodemdaling als informatiebron voor ondergrondse processen en voorspelling van oppervlaktevervorming.

Er is onvoldoende wetenschappelijke kennis beschikbaar over het effect van menselijk ingrijpen in de diepe ondergrond. Daarom wil het programma DeepNL kennis opbouwen over bewegingen en processen in de diepe ondergrond. Met dit onderzoeksprogramma geeft NWO ook invulling aan een advies van de Onderzoeksraad voor Veiligheid: zorg voor een structureel en lange termijn onderzoeksprogramma naar de gaswinning-gerelateerde problematiek in Groningen. Binnen de projecten gaan senior onderzoekers samen met 31 nieuwe PhD’s en postdocs gedurende ruim vier jaar onderzoek doen met behulp van laboratoriumexperimenten, veldwerk en computermodellen. DeepNL is mede mogelijk door een financiële bijdrage van NAM en is onderdeel van de NWO-bijdrage aan de Topsector Energie.

Beoordeling

Het zwaartepunt van deze call ligt op verbeterde modellen en voorspellingen van de dynamiek van de diepe ondergrond als gevolg van gasproductie in het Groningen reservoir. Voor deze eerste call binnen het programma waren 24 uitgewerkte projectaanvragen ingediend. Iedere aanvraag is via peer review door internationale experts geëvalueerd; daarna heeft een onafhankelijke internationale beoordelingscommissie een overkoepelend toekenningsadvies opgesteld voor het bestuur van het NWO-domein ENW.

Vervolg

De projecten uit deze eerste call zullen de basis leggen voor DeepNL. De komende jaren volgen meer calls over onderwerpen die nu nog ontbreken, de integratie en toepassing van resultaten en structurele versterking van het onderzoeksveld. Begin 2019 zullen de betrokkenen van de acht projecten samenkomen tijdens een eerste wetenschappelijke bijeenkomst. Daarbij zal ook het door het Ministerie van EZK ingestelde Kennisprogramma Effecten Mijnbouw (KEM) aansluiten. De onderzoeksresultaten van DeepNL zullen voor iedereen vrij toegankelijk zijn.

Gehonoreerde projecten

Comprehensive monitoring and prediction of seismicity within the Groningen gas field using large scale field observations
Prof. dr. J.A. Trampert, UU
Mede-aanvragers: dr. K. Smetana UT, prof.dr. M.N.M. van Lieshout UT, dr. H. Paulssen UU

Uitgebreid monitoren van het Groningse gasveld
De geïnduceerde seismiciteit in Groningen valt alleen te begrijpen via de relatie tussen gaswinning en de respons van de ondergrond. Hiervoor is een nieuwe aanpak nodig gebaseerd op observationele gegevens. Dit project monitort seismiciteit, spanningsveranderingen, compactie van het gasreservoir en deformatie van de bovenliggende lagen via seismische registraties. Met behulp van machine learning, model orde reductie en supercomputers worden de geregistreerde seismogrammen gemodelleerd en veranderingen in de ondergrond bepaald. Stochastische modellering gaat de veranderingen in het seismisch risico ten gevolge van variaties in gasproductie bepalen.

Science4Steer: a scientific basis for production and reinjection strategies to minimize induced seismicity in Dutch gas fields
Prof. dr. ir. J.D. Jansen, TUD
Mede-aanvragers:
prof. C.J. Spiers UU, dr. A. Barnhoorn TUD, dr. H. Hajibeygi TUD, dr. S.J.T. Hangx UU, dr. D.V. Voskov TUD
Snappen om te sturen
Wat gebeurt er in de ondergrond tijdens productie, injectie of opslaan van gas? Helpt plotseling stoppen van de productie uit een gasbron in Groningen om bevingen te voorkomen of kan het ze juist opwekken? Welke effecten hebben productie en injectie bij ondergrondse opslag van gas? Hoe reageert reservoirgesteente onder invloed van schommelingen van druk en spanning? Het Science4Steer project onderzoekt deze vragen met laboratoriumexperimenten en computermodellen om zo de maatschappij te helpen betere beslissingen te maken. Vele aspecten zijn van belang in deze besluitvorming en vele factoren dragen bij. De rol van wetenschap is het leveren van kennis over hoe we ondergrondse activiteiten veilig kunnen sturen. Alleen als we het snappen kunnen we veilig sturen.

Probing the micromechanics of small magnitude earthquake slip
Dr. A.N. Niemeijer, UU
Mede-aanvrager: dr. M. Dekkers UU

Hoe heet worden breuken in Groningen?
Beweging tijdens aardbevingen genereert hitte en deze hitte verzwakt de breuk. Wij gaan een methode ontwikkelen die temperatuurafwijkingen in breuken kan meten en experimenteel bepalen hoe de productie van hitte de vloeistofdruk beïnvloedt om zo de evolutie van temperatuur en sterkte in kleine aardbevingen vast te stellen. Deze bepaling is nodig voor de verbetering van computermodellen van aardbevingen, die het gevaar beter kunnen inschatten.

InFocus: An Integrated Approach to Estimating Fault Slip Occurrence
Dr. ir. F.C. Vossepoel, TUD
Mede-aanvragers: dr. Y. van Dinther UU, dr. A. Niemeijer UU

InFocus: grip op het schuiven van breuken
Gasproductie kan leiden tot het schuiven van breuken van gesteenten in de ondergrond en zo aardbevingen veroorzaken. We kunnen de eigenschappen en variabelen hiervan verfijnen door breukmetingen in het laboratorium te combineren met realistische fysische modellen van het breukgedrag. Hiermee kunnen we beter de processen op het breukvlak simuleren, met als doel de kans op het optreden van aardbevingen beter te berekenen. Dit onderzoek ondersteunt het maken van beslissingen door verschillende gasproductiescenarios door te rekenen en daarmee de effecten van aardbevingen voor de maatschappij te minimaliseren.

A multi-scale, multi-physics framework for modelling the geomechanical response of sandstone reservoirs to pore fluid
Dr. S.J.T. Hangx, UU
Mede-aanvragers: prof. M.R. Drury UU, dr. H.E. King UU, dr. O. Plümper UU, dr. C. Thieulot UU

Doorgaande bodemdaling: hoe ver kan het gaan?
Winning van vloeistoffen, zoals aardgas, uit de diepe ondergrond leidt vaak tot bodemdaling en trillingen. De reden hiervoor is reservoir-compactie, gedreven door een toename in effectieve belasting door het bovenliggende dekgesteente met afnemende vloeistofdruk. Maar de impact van energieproductie op langere termijn kunnen we nog niet nauwkeurig voorspellen vanwege een belangrijke drempel voor het verkrijgen van geschikte modellen: de onderliggende fysische en chemische mechanismes verantwoordelijk voor reservoir-compactie zijn onvoldoende bekend en niet gekwantificeerd onder realistische druk- en -temperatuurcondities. Wij zullen de mechanismes verantwoordelijk voor bodemdaling en seismiciteit kwantificeren om zo lange-termijn voorspellingen via computermodellen mogelijk te maken.

Monitoring and Modeling the Groningen Subsurface based on integrated Geodesy and Geophysics: improving the space-time dimension
Prof. dr. ir. R.F. Hanssen, TUD
Mede-aanvragers: dr. ir. F.C. Vossepoel TUD, dr. E. Stouthamer UU, dr. R.M.A. Govers UU

Bodemdaling: ongerief of informatiebron voor de ondergrond?
Bodemdaling is een vervelend resultaat van verschillende processen in de ondergrond. Het is tegelijkertijd ook een van de belangrijkste informatiebronnen om die processen juist beter te begrijpen en veiliger te maken. We onderzoeken, met de nieuwste satelliettechnieken in combinatie met een optimale modellering van de diepe en ondiepe ondergrond, hoe we betere meet- en modelleringsmethoden geïntegreerd kunnen gebruiken voor een beter begrip van de ondergrond.

SOFTTOP: Investigating heterogeneous soft top soils for wave propagation, cyclic degradation and liquefaction potential
Prof. dr. M.A. Hicks, TUD
Mede-aanvragers: prof. C. Jommi TUD, dr. ir. M. Korff TUD/Deltares

Hoe gedraagt de heterogene slappe toplaag zich bij een Groningse aardbeving?Het SOFTTOP-project wil nauwkeurig voorspellen wat de beweging en vervorming aan het oppervlak is als gevolg van geïnduceerde seismische belasting op diepte. Centraal staan hierbij de invloeden van ruimtelijke variaties van materiaaleigenschappen in de ondiepe ondergrond en specifieke eigenschappen van zand- en kleilagen (niet-lineair gedrag, degradatie), gecombineerd met aspecten van geïnduceerde bevingen zoals herhalende belasting van korte duur. Het onderzoek ontwikkelt methodes voor betrouwbaarheidsanalyses van de heterogene ondiepe ondergrond. De ontwikkeling van nieuwe dynamische testfaciliteiten, gecombineerd met laboratoriumtesten, veldtesten en de ontwikkeling van materiaalmodellen, zal leiden tot adviezen voor de praktijk en prototype analysemethoden.

DeepImage: Multi-scale geophysical imaging, monitoring and forecasting of induced seismicity
Prof. dr. ir. C.P.A. Wapenaar, TUD
Mede-aanvragers: dr. ir. D. Draganov TUD, dr. C. Weemstra TUD, dr. A. Barnhoorn TUD, dr. R. Ghose TUD

Prognose van de bodembeweging in Groningen
Met dit onderzoek willen we een betere prognose kunnen maken van de bodembewegingen in Groningen, veroorzaakt door mogelijke toekomstige aardbevingen. Dit vereist inzicht in het ontstaan van seismische activiteit in de diepe ondergrond, de voortplanting van seismische golven door de verschillende aardlagen en hoe die golven tot bodembewegingen leiden. Hiertoe ontwikkelen we een nieuwe prognosemethodologie, die laboratoriumexperimenten met seismische modellerings- en monitoringstechnieken combineert. Dit onderzoek draagt bij aan een beter begrip van de relatie tussen menselijk ingrijpen in de ondergrond en de effecten daarvan aan het aardoppervlak.

Bron: NWO