Землетрясения в Оклахоме и Канзасе участились из-за закачки сточных вод - побочного продукта нефтегазовых операций - до того, как правила начали ограничивать закачки. Теперь новая модель, разработанная исследователями из Стэнфордского университета, включает в себя физику землетрясений и гидрогеологическую реакцию Земли на закачку сточных вод, чтобы предсказать снижение антропогенных землетрясений в Оклахоме и Канзасе до 2020 года.
Модель основана на общедоступных данных о закачке сточных вод в формацию Арбакл, осадочную формацию глубиной почти 7000 футов, лежащую в северо-центральной части Оклахомы и на юге Канзаса. Предполагая, что закачка сточных вод от нефтегазовых операций продолжится с нынешними темпами, исследователи нанесли на карту вероятность будущих землетрясений в этом регионе. Исследование опубликовано 26 сентября в журнале Nature Communications..
«Мы создали подробную модель, которая позволяет регулирующим органам знать, где может возникнуть большинство проблем», - сказал соавтор Марк Зобак, профессор геофизики Бенджамина М. Пейджа в Стэнфордской школе Земли. Энергетика и науки об окружающей среде (Стэнфордская Земля). «Это можно использовать в Оклахоме или где-либо еще, чтобы обеспечить научную основу для регулирующих действий».
Местные новости
Нефтегазовые предприятия часто производят большие объемы соленой воды, которую они утилизируют, закачивая ее глубоко под землю для защиты воды в водоносных горизонтах вблизи поверхности, используемой для питья, скота и орошения.
Жидкость, нагнетаемая в формацию Арбакл, увеличивает давление, которое распространяется на большую площадь. Это давление проблематично, потому что оно может воздействовать на расположенные поблизости крупные разломы, которые уже испытывают нагрузку в результате тектонических процессов. Эти разломы способны вызывать широко ощутимые и потенциально опасные землетрясения, если они достигаются за счет повышения давления, вызванного инъекцией.
Одно и то же повышение давления в разных областях может вызвать до 100 раз больше землетрясений, по словам ведущего автора Корнелиуса Лангенбруха, исследователя с докторской степенью в Stanford Earth. Землетрясения не обязательно концентрируются в районах с наибольшим изменением давления. Чтобы понять, где в локальном масштабе произойдут или не произойдут землетрясения, новая модель оценивает повышение давления в контексте уязвимых, ранее существовавших разломов района.
«Меня удивило, что местная восприимчивость к землетрясениям колеблется в такой большой степени», - сказал Лангенбрух. «Пример Оклахомы показывает, что ключом к управлению сейсмическими опасностями, связанными с этими искусственными землетрясениями, является управление объемом и местом закачки сточных вод."
Обязательное сокращение
Индуцированные землетрясения в Оклахоме резко участились примерно в 2009 году и достигли пика в 2015 году, когда почти 1000 широко ощущаемых землетрясений распространились по северной и центральной частям штата. Комиссия по коммунальным предприятиям Оклахомы, Комиссия корпораций Оклахомы, в начале 2016 года обязала сократить нагнетание воды на 40 процентов, после чего количество землетрясений уменьшилось.
Новая модель, которая включает данные по 809 нагнетательным скважинам с 2000 по 2018 год, показывает, что вероятность потенциально разрушительных землетрясений магнитудой 5,0 или выше в 2018, 2019 и 2020 годах составит 32, 24 и 19 процентов. соответственно, предполагая, что политика Оклахомы работает. Если нынешняя практика закачки в северо-центральной части Оклахомы и южном Канзасе будет продолжаться, ожидается, что до 2020 года произойдет одно потенциально разрушительное землетрясение магнитудой 5,0 или более.
Результаты нового исследования, безусловно, хорошие новости - они показывают, что снижение скорости закачки по-прежнему эффективно. В 2015 и 2016 годах вероятность землетрясений достигала 70 процентов», - сказал Лангенбрух. «Однако проблема заключается в том, что вероятность землетрясений в некоторых районах все еще намного выше, чем исторические показатели».
Будущие сценарии
Прогностические карты исследования позволяют жителям Оклахомы и Канзаса увидеть вероятность того, что потенциально разрушительные землетрясения произойдут рядом с их домами. Новая модель также может быть использована для оценки будущих сценариев закачки, предназначенных для снижения сейсмической опасности.
«Хорошая вещь в методологии - это не только прогнозы, которые она делает, но и ее способность делать новые прогнозы на основе новых мер, которые могут быть приняты регулирующими органами», - сказал Зобак. «Оказывается, вы можете проводить эти анализы довольно рано».
Исследователи надеются, что эта модель будет использоваться и в других областях с расширяющимися нефтегазовыми операциями. По словам Зобака, такие места, как Пермский бассейн в Западном Техасе, разрабатываются с невероятной скоростью, и нагнетание воды, вероятно, уже приводит к землетрясениям в этом районе.
Соавтором статьи является Мэтью Вайнгартен, доцент Университета штата Сан-Диего, который проводил исследование в качестве постдокторанта в Стэнфорде. Зобак также является старшим научным сотрудником Стэнфордского института энергетики Precourt, филиала Стэнфордского института окружающей среды Вудса и директором Стэнфордской инициативы по природному газу. Финансирование исследования было предоставлено Стэнфордским центром индуцированной и вызванной сейсмичности (SCITS), партнерской программой промышленных предприятий, в которой участвуют 10 профессоров Стэнфорда.