В новом исследовании исследователи Технологического института Вирджинии обнаружили, что усилия по сдерживанию землетрясений, вызванных закачкой сточных вод с нефтяных месторождений в землю в Оклахоме, не нацелены на наиболее опасных дрожателей, и что необходимо большее сокращение объемов закачки.
До 2011 года в Оклахоме в среднем происходило одно землетрясение магнитудой 3+ в год, но в 2015 году таких землетрясений произошло более 900, что сделало Оклахому самым сейсмически активным штатом на материковой части Соединенных Штатов. Увеличение сейсмической активности произошло одновременно с увеличением добычи нетрадиционных запасов нефти и газа, при котором используется гидроразрыв пласта, обычно называемый гидроразрывом пласта, для раскрытия ранее недоступных ресурсов нефти и газа. Это быстрое распространение нетрадиционной добычи нефти и газа также привело к образованию миллионов галлонов сильно солоноватых сточных вод, которые поступают вместе с добытой нефтью и газом. Чтобы избавиться от этих сточных вод, жидкость повторно закачивается в геологические формации глубоко под землей.
Такая закачка сточных вод имеет место в течение десятилетий, но быстрый рост добычи нефти и газа с помощью фрекинга означает, что в настоящее время повторно закачивается значительно больше сточных вод с нефтяных месторождений. В Оклахоме инъекции, вызывающие землетрясения, происходят в формации Арбакл, глубоком и высокопористом слое осадочных пород.
Новое исследование показывает, что места, где произошли землетрясения, связаны по близости и своевременности с местами массового закачки сточных вод. Кроме того, исследование показывает, что отслеживание ежегодных данных о местоположении нагнетательных скважин может помочь предсказать, как изменится соответствующая сейсмическая активность. Это новое открытие основано на предыдущих исследованиях, показывающих, что сейсмическая активность увеличивается при увеличении закачки сточных вод.
"Наши результаты показывают, что среднегодовое расположение нагнетательных скважин является предиктором усиления сейсмической активности", - сказал Райан М. Поллиа, доцент кафедры геолого-геофизических исследований Технического колледжа Вирджинии и директор Лаборатории вычислительных геофлюидов., который возглавил исследование, опубликованное онлайн в журнале Geology.
В состав исследовательской группы входят Мартин Чепмен, адъюнкт-профессор геонаук и директор Технической сейсмологической обсерватории Вирджинии; и Неда Мохаммади, ученый с докторской степенью, и Джон Э. Тейлор, профессор и директор Лаборатории сетевой динамики в Технологическом институте Джорджии.
Землетрясения в Оклахоме стали настолько частыми, что в апреле 2015 года Геологическая служба Оклахомы признала, что закачки сточных вод, вероятно, вызывают землетрясения в северо-центральных частях штата. В апреле 2016 года губернатор штата Оклахома Мэри Фаллин подписала закон, разрешающий Комиссии корпорации Оклахомы ограничивать объемы закачки сразу после серии землетрясений.
«Число землетрясений магнитудой 3+ уменьшилось в 2016 году, но все еще было более 600 землетрясений, что намного выше среднего исторического значения», - сказал Поллиа, специализирующийся на моделировании и моделировании подземных вод. «В предыдущих исследованиях в этой области использовались сейсмологические методы и методы моделирования подземных вод, но мы подумали, что геопространственный анализ может помочь нам понять ситуацию на земле».
Результаты показали, что пространственная корреляция между землетрясениями и объемом закачки сточных вод действительно уменьшилась в 2016 году. Однако это снижение относится только к землетрясениям небольшой магнитуды, но практически не влияет на землетрясения большей магнитуды, превышающей 3 балла.
«Когда мы сравнили пространственную корреляцию с использованием наборов данных, включающих только землетрясения магнитудой 3+, изменений не было», - сказал Полли, добавив, что для снижения опасностей большой магнитуды необходимо большее сокращение объемов закачки сточных вод. землетрясения.
Полли и его команда предупреждают, что, хотя землетрясения невозможно предсказать, исследование показывает, что геологи могут протестировать гипотетические сценарии закачки сточных вод до того, как скважины будут введены в эксплуатацию, чтобы оценить потенциальное воздействие на сейсмическую активность.
«Это исследование отличается от других исследований сейсмичности, вызванной закачкой сточных вод, и дополняет их», - сказал Шемин Ге, профессор и заведующий кафедрой геологических наук Университета Колорадо. (Ге не участвовал в исследовании.) «Применяя геопространственный подход, Поллиа и его коллеги изучили связь между пространственно усредненными данными закачки и возникновением сейсмичности. Они предлагают более широкий угол обзора связи в пространственном масштабе, который больше, чем раньше. мысль. Выступая за сокращение объема закачки с течением времени, это исследование предлагает новое понимание обоснования продолжающегося призыва к снижению скорости закачки для снижения сейсмичности».
Новое исследование является частью более масштабных усилий, которые Полли и его сотрудники проводят для изучения вызванных жидкостью землетрясений и объемов закачки сточных вод, а также их связи с населенными пунктами в Оклахоме, строительными нормами, политическими решениями и отраслевыми нормами.