Het knikkerspel in de duinen

Wie wel eens uitwaait in de duinen, zal niet snel vermoeden dat de blanke zandruggen over een paar miljoen jaar wel eens het reservoir zouden kunnen vormen voor olie en gas.

Niet zelden vormen prehistorische, gefossileerde duinen vandaag de dag het veilige bekken waarin zich waardevolle olie- en aardgasvoorraden verscholen houden. De hedendaagse rijke olie- en gasvelden in de Noordzee bijvoorbeeld, bevinden zich in eertijdse duinen. Een dik pakket van zouthoudende lagen voorkomt als ‘deksel' dat het kostbare, fossiele goedje voortijdig ontsnapt.Om deze reden hebben geologen en mijnbouwkundigen grote belangstelling voor het subtiele krachtenspel van wind op de duintoppen. De manier waarop de duinen vandaag de dag 'wandelen', is immers dezelfde waarmee het duinzandsediment miljoenen jaren geleden werd opgestuwd tegen de top, en weer werd neergekwakt in de luwte. ,,De manier waarop de duinen eroderen en verderop weer aangroeien, verschaft inzicht in de fundamentele principes van de sedimentatieprocessen. Dat is van belang voor de kennis over de reservoirs voor olie en gas'', zegt Jean-Marie Stam van het TNO-instituut Grondwater en Geo-Energie. Stam promoveert 17 november bij Mijnbouwkunde op een modelmatige beschrijving van de onder invloed van de wind bewegende zandkorrels.In hoeverre een aardgasbel of oliebron valt te exploiteren, is afhankelijk van de kwaliteit van het gesteente waarin de fossiele brandstoffen zich bevinden. Een belangrijke vraag is uiteraard hoe groot het onderaardse reservoir is, maar ook inzicht in de structuur en porositeit van het gesteente is van wezenlijk belang om het gas of de olie uiteindelijk in de kachel te kunnen verstoken. Olie-ingenieurs kunnen de pijp maar het beste op een plaats in de bel prikken waar de porositeit van het gesteente groot is. Kortom, hoe meer informatie geologen en mijnbouwkundigen verzamelen over de 'architectuur' van het gesteente, hoe groter de kans op succesvolle olie- of gaswinning.,,Je moet je zo'n gesteente voorstellen als een bak met knikkers'', legt Stam uit. ,,De olie of het gas bevindt zich in de holtes tussen de knikkers. De grootte van de knikkers of de manier waarop ze in de bak zijn gestapeld, zegt dus iets over de hoeveelheid fossiele brandstoffen.'' De zandkorrels van de duinen zijn de 'knikkers' in een toekomstig reservoir. Na langdurige afzetting en verplaatsing van het zandige sediment, worden de duinafzettingen op een gegeven moment begraven en ontstaat zandsteen.DuinbeheerAls de architectuur van het gesteente beter wordt doorgrond, kan aanzienlijk worden bespaard op proefboringen. Door nu een aantal al langer bekende stromingsmodellen voor sedimenttransport te combineren, slaagde Stam er in een model te ontwikkelen waarmee kwantitatieve voorspellingen kunnenworden gedaan over de opbouw en doorlaatbaarheid van het zandige gesteente. Hoewel oliemaatschappijen uiteraard hun voordeel kunnen doen met dit type onderzoek, waarschuwt Stam voor al te hooggespannen verwachtingen. ,,Mijn model vormt slechts een aanzet. Hopelijk kan in de toekomst worden voorspeld hoeveel procent van het gesteente poreus is en hoeveel procent minder doorlatend is'', zegt ze.Het model beschrijft de migratie en asymmetrie van de duinen aan de hand van parameters als windsnelheid en topografie van de duinen. Om uit de voeten te kunnen in het mathematische model, zijn de duinen gemakshalve als sinusvormig beschouwd. Het model levert een aantal voor de hand liggende conclusies op. Het zal niemand verbazen dat hoe harder het waait, hoe sneller de duinen migreren. En een klein duinkopje wandelt sneller dan een grote top. ,,Het is eenvoudig, inzichtelijk model; niet een superrekenintensief model, waarmee je alleen op de allerzwaarste computers mee uit de voeten kunt'', aldus Stam.Opmerkelijk is dat het onderzoek niet alleen nuttig lijkt voor de oliemultinationals, maar dat het model tevens interessant is voor natuurorganisaties als Natuurmonumenten en een overheidsdienst als Rijkswaterstaat. Zo lijkt de promovendus erin geslaagd zowel de harde wereld van de oliemiljardairs als de 'softe' sector van het natuurbehoud te interesseren.Natuurmonumenten zou het onderzoek kunnen gebruiken voor het ontwikkelen van een beter duinbeheer. Het model lijkt ook geschikt om de mechanismen van de verwoestijning beter te begrijpen, waardoor bijvoorbeeld snellere en slimmere maatregelen tegen erosie in zicht komen. De wijze waarop de wind in een woestijn als de Sahara zand afzet en weer doet opwaaien, terwijl zich ondertussen bekkens en meren vormen, vertoont namelijk grote analogie met de vorm van de bekkens op de drieduizend meter diepe Noordzeebodem, waar olie en gas zich verstopt houden. Ook de ribbels in de bedding van een rivier zijn het gevolg van dezelfde transport- en afzettingsmechanismen. En zelfs de hoopjes zand en modder die in rioolbuizen ontstaan, 'wandelen' op eenzelfde manier als echte duinen.EvenwichtDat spel van wind en zand lijkt een chaotisch en dynamisch gebeuren, maar volgens Stam bewaren zee en duinen een strikt evenwicht in de verdeling van het zand. ,,In de zomer zet de zee zand af aan het strand. In de winter gebeurt het tegenovergestelde; dan kunnen hele stukken duin afkalven en in zee verdwijnen. Op de keper beschouwd verdwijnt er echter geen materiaal'', aldus Stam. Dat verklaart het nut van het model voor Rijkswaterstaat. Teneinde de kust te beschermen voor al te drastische afslag, draagt de dienst immers in de winter zand uit de zee naar de duinen.Stam heeft haar model tot nog toe slechts globaal in de praktijk getoetst. ,,Puur tijdgebrek'', verklaart ze. Voor de omstreden gaswinning in de Waddenzee bijvoorbeeld, kunnen voorspellingen over de porositeit van het gesteente soelaas bieden voor meer secure boringen. Daardoor zal de kwetsbare Waddennatuur wellicht minder schade oplopen. Niettemin zijnvoor de daadwerkelijke exploitatie van het Waddengas altijd torenhoge stellages noodzakelijk. ,,Esthetisch niet fraai'', erkent Stam, ,,maar vanuit de mijnbouwkunde kijk je heel anders tegen dergelijke lokale aspecten aan. Op de geologische tijdschaal van miljoenen jaren is het verwaarloosbaar.'’ (R.D.)René DiddeInzicht in sedimentatieprocessen is van belang voor kennis over olie- en gasreservoirs

Wie wel eens uitwaait in de duinen, zal niet snel vermoeden dat de blanke zandruggen over een paar miljoen jaar wel eens het reservoir zouden kunnen vormen voor olie en gas. Niet zelden vormen prehistorische, gefossileerde duinen vandaag de dag het veilige bekken waarin zich waardevolle olie- en aardgasvoorraden verscholen houden. De hedendaagse rijke olie- en gasvelden in de Noordzee bijvoorbeeld, bevinden zich in eertijdse duinen. Een dik pakket van zouthoudende lagen voorkomt als ‘deksel' dat het kostbare, fossiele goedje voortijdig ontsnapt.Om deze reden hebben geologen en mijnbouwkundigen grote belangstelling voor het subtiele krachtenspel van wind op de duintoppen. De manier waarop de duinen vandaag de dag 'wandelen', is immers dezelfde waarmee het duinzandsediment miljoenen jaren geleden werd opgestuwd tegen de top, en weer werd neergekwakt in de luwte. ,,De manier waarop de duinen eroderen en verderop weer aangroeien, verschaft inzicht in de fundamentele principes van de sedimentatieprocessen. Dat is van belang voor de kennis over de reservoirs voor olie en gas'', zegt Jean-Marie Stam van het TNO-instituut Grondwater en Geo-Energie. Stam promoveert 17 november bij Mijnbouwkunde op een modelmatige beschrijving van de onder invloed van de wind bewegende zandkorrels.In hoeverre een aardgasbel of oliebron valt te exploiteren, is afhankelijk van de kwaliteit van het gesteente waarin de fossiele brandstoffen zich bevinden. Een belangrijke vraag is uiteraard hoe groot het onderaardse reservoir is, maar ook inzicht in de structuur en porositeit van het gesteente is van wezenlijk belang om het gas of de olie uiteindelijk in de kachel te kunnen verstoken. Olie-ingenieurs kunnen de pijp maar het beste op een plaats in de bel prikken waar de porositeit van het gesteente groot is. Kortom, hoe meer informatie geologen en mijnbouwkundigen verzamelen over de 'architectuur' van het gesteente, hoe groter de kans op succesvolle olie- of gaswinning.,,Je moet je zo'n gesteente voorstellen als een bak met knikkers'', legt Stam uit. ,,De olie of het gas bevindt zich in de holtes tussen de knikkers. De grootte van de knikkers of de manier waarop ze in de bak zijn gestapeld, zegt dus iets over de hoeveelheid fossiele brandstoffen.'' De zandkorrels van de duinen zijn de 'knikkers' in een toekomstig reservoir. Na langdurige afzetting en verplaatsing van het zandige sediment, worden de duinafzettingen op een gegeven moment begraven en ontstaat zandsteen.DuinbeheerAls de architectuur van het gesteente beter wordt doorgrond, kan aanzienlijk worden bespaard op proefboringen. Door nu een aantal al langer bekende stromingsmodellen voor sedimenttransport te combineren, slaagde Stam er in een model te ontwikkelen waarmee kwantitatieve voorspellingen kunnenworden gedaan over de opbouw en doorlaatbaarheid van het zandige gesteente. Hoewel oliemaatschappijen uiteraard hun voordeel kunnen doen met dit type onderzoek, waarschuwt Stam voor al te hooggespannen verwachtingen. ,,Mijn model vormt slechts een aanzet. Hopelijk kan in de toekomst worden voorspeld hoeveel procent van het gesteente poreus is en hoeveel procent minder doorlatend is'', zegt ze.Het model beschrijft de migratie en asymmetrie van de duinen aan de hand van parameters als windsnelheid en topografie van de duinen. Om uit de voeten te kunnen in het mathematische model, zijn de duinen gemakshalve als sinusvormig beschouwd. Het model levert een aantal voor de hand liggende conclusies op. Het zal niemand verbazen dat hoe harder het waait, hoe sneller de duinen migreren. En een klein duinkopje wandelt sneller dan een grote top. ,,Het is eenvoudig, inzichtelijk model; niet een superrekenintensief model, waarmee je alleen op de allerzwaarste computers mee uit de voeten kunt'', aldus Stam.Opmerkelijk is dat het onderzoek niet alleen nuttig lijkt voor de oliemultinationals, maar dat het model tevens interessant is voor natuurorganisaties als Natuurmonumenten en een overheidsdienst als Rijkswaterstaat. Zo lijkt de promovendus erin geslaagd zowel de harde wereld van de oliemiljardairs als de 'softe' sector van het natuurbehoud te interesseren.Natuurmonumenten zou het onderzoek kunnen gebruiken voor het ontwikkelen van een beter duinbeheer. Het model lijkt ook geschikt om de mechanismen van de verwoestijning beter te begrijpen, waardoor bijvoorbeeld snellere en slimmere maatregelen tegen erosie in zicht komen. De wijze waarop de wind in een woestijn als de Sahara zand afzet en weer doet opwaaien, terwijl zich ondertussen bekkens en meren vormen, vertoont namelijk grote analogie met de vorm van de bekkens op de drieduizend meter diepe Noordzeebodem, waar olie en gas zich verstopt houden. Ook de ribbels in de bedding van een rivier zijn het gevolg van dezelfde transport- en afzettingsmechanismen. En zelfs de hoopjes zand en modder die in rioolbuizen ontstaan, 'wandelen' op eenzelfde manier als echte duinen.EvenwichtDat spel van wind en zand lijkt een chaotisch en dynamisch gebeuren, maar volgens Stam bewaren zee en duinen een strikt evenwicht in de verdeling van het zand. ,,In de zomer zet de zee zand af aan het strand. In de winter gebeurt het tegenovergestelde; dan kunnen hele stukken duin afkalven en in zee verdwijnen. Op de keper beschouwd verdwijnt er echter geen materiaal'', aldus Stam. Dat verklaart het nut van het model voor Rijkswaterstaat. Teneinde de kust te beschermen voor al te drastische afslag, draagt de dienst immers in de winter zand uit de zee naar de duinen.Stam heeft haar model tot nog toe slechts globaal in de praktijk getoetst. ,,Puur tijdgebrek'', verklaart ze. Voor de omstreden gaswinning in de Waddenzee bijvoorbeeld, kunnen voorspellingen over de porositeit van het gesteente soelaas bieden voor meer secure boringen. Daardoor zal de kwetsbare Waddennatuur wellicht minder schade oplopen. Niettemin zijnvoor de daadwerkelijke exploitatie van het Waddengas altijd torenhoge stellages noodzakelijk. ,,Esthetisch niet fraai'', erkent Stam, ,,maar vanuit de mijnbouwkunde kijk je heel anders tegen dergelijke lokale aspecten aan. Op de geologische tijdschaal van miljoenen jaren is het verwaarloosbaar.'’ (R.D.)René DiddeInzicht in sedimentatieprocessen is van belang voor kennis over olie- en gasreservoirs