Используя данные полевых экспериментов и моделирования разломов грунта, исследователи из Университета Тафтса обнаружили, что практика закачки подземных флюидов, используемая при гидроразрыве пласта и удалении сточных вод при разведке нефти и газа, может вызвать значительные, быстро распространяющиеся землетрясения. за пределами зоны диффузии жидкости. Известно, что глубокие инъекции флюидов - более одного километра в глубину - связаны с повышенной сейсмической активностью, которую часто считают ограниченной областями диффузии флюидов. Тем не менее, исследование, опубликованное сегодня в журнале Science, проверяет и убедительно поддерживает гипотезу о том, что инъекции жидкости вызывают потенциально разрушительные землетрясения в более отдаленных районах из-за медленного скольжения ранее существовавших сетей разломов и разломов по принципу домино..
Результаты объясняют наблюдение, что частота антропогенных землетрясений в некоторых регионах страны превышает частоту естественных горячих точек землетрясений.
Исследование также представляет собой доказательство концепции разработки и тестирования более точных моделей поведения сбоев с использованием реальных экспериментов в полевых условиях. Большая часть наших нынешних представлений о физике геологических разломов основана на лабораторных экспериментах, проведенных с образцами длиной до метра или меньше. Однако землетрясения и разрывы разломов происходят в гораздо больших масштабах. Наблюдения за разрывами разломов в этих более крупных масштабах в настоящее время проводятся удаленно и дают плохие оценки физических параметров поведения разломов, которые можно было бы использовать для разработки модели антропогенных эффектов. Совсем недавно сообщество исследователей землетрясений вложило ресурсы в полевые эксперименты по закачке, чтобы преодолеть разрыв в масштабах и понять поведение разломов в их естественной среде обитания.
Исследователи использовали данные этих экспериментальных полевых инъекций, ранее проведенных во Франции и возглавляемых группой исследователей из Университета Экс-Марселя и Университета Ниццы-София-Антиполис. Эксперименты измеряли давление и смещение разлома, проскальзывание и другие параметры, которые вводятся в модель проскальзывания разлома, используемую в текущем исследовании. Анализ исследователей Тафтса дает самый надежный вывод на сегодняшний день о том, что вызванное флюидом проскальзывание в разломах может быстро опережать распространение флюида под землей.
«Одним из важных ограничений в разработке надежных численных моделей сейсмической опасности является отсутствие наблюдений за поведением разломов в их естественной среде обитания», - сказал Патикрит Бхаттачарья, бывший постдоктор в отделе гражданского и экологического проектирования в Тафтсе. Инженерная школа университета и ведущий автор исследования.«Эти результаты показывают, что такие наблюдения, когда они доступны, могут дать замечательное представление о механическом поведении разломов и заставить нас переосмыслить их потенциальную опасность». Сейчас Бхаттачарья является доцентом Школы наук о Земле, океане и климате Индийского технологического института в Бхубанешваре, Индия.
Опасность землетрясений, вызванных выбросами жидкости, вызывает все большую обеспокоенность общественности в США. Считается, что рукотворное землетрясение сделало Оклахому - очень активный регион разведки нефти и газа - самым продуктивным сейсмическим регионом в стране, включая Калифорнию. «Примечательно, что сегодня у нас есть регионы антропогенной сейсмической активности, которые превосходят уровень активности в естественных горячих точках, таких как южная Калифорния», - сказал Роберт С. Виеска, доцент кафедры гражданского и экологического строительства Инженерной школы Университета Тафтса. - автор исследования и научный руководитель Бхаттачарьи.«Наши результаты подтверждают предполагаемые последствия закачки флюида глубоко в недра и являются важным инструментом для оценки миграции и риска индуцированных землетрясений при будущей разведке нефти и газа».
Большинство землетрясений, вызванных гидроразрывом пласта, слишком малы - 3,0 балла по шкале Рихтера - чтобы представлять угрозу безопасности или ущерба. Тем не менее, практика глубокой закачки отходов от этих исследований может повлиять на более глубокие и крупные разломы, которые находятся под напряжением и подвержены проскальзыванию, вызванному флюидом. Закачка сточных вод в глубокие скважины (более одного километра) может вызвать землетрясения, достаточно сильные, чтобы их можно было почувствовать, и нанести ущерб.
По данным Геологической службы США, самым сильным землетрясением, вызванным закачкой жидкости и задокументированным в научной литературе, было землетрясение магнитудой 5,8 в сентябре 2016 года в центральной части Оклахомы. Четыре других землетрясения силой более 5,0 баллов произошли в Оклахоме в результате закачки жидкости, а также землетрясения магнитудой от 4 до 4 баллов.5 и 5.0 были вызваны закачкой жидкости в Арканзасе, Колорадо, Канзасе и Техасе.