Исследование землетрясений, вызванных закачкой жидкости глубоко под землю, выявило неожиданные закономерности, предполагающие необходимость пересмотра текущих рекомендаций по гидроразрыву пласта, удалению сточных вод и геотермальным скважинам.
Исследователи Калифорнийского университета в Санта-Круз собрали и проанализировали данные со всего мира о землетрясениях, явно связанных с нагнетательными скважинами. Они обнаружили, что одна нагнетательная скважина может вызывать землетрясения на расстоянии более 6 миль (10 километров) от скважины. Они также обнаружили, что, как правило, введение флюидов в осадочную породу может вызывать более сильные и отдаленные землетрясения, чем введение в подстилающую породу фундамента.
«Это проблематично, поскольку текущий совет заключается в том, чтобы предпочтительно закачивать в осадочную толщу как теоретически более безопасную альтернативу породе фундамента», - сказала Эмили Бродски, профессор наук о Земле и планетах Калифорнийского университета в Санта-Круз.
Постдокторский исследователь Томас Гебель сказал, что ключевой вопрос заключается в пространственном воздействии индуцированной сейсмичности вокруг нагнетательной скважины. «Дело не в том, что скальный фундамент безопасен, потому что все еще существует вероятность обнаружения разлома в скальном фундаменте, который может вызвать сильное землетрясение, но вероятность снижается, потому что пространственный след меньше», - сказал он..
В статье, опубликованной 31 августа в журнале Science, Гебель и Бродский описали две различные модели индуцированной сейсмичности, которые они связали с различными физическими механизмами, действующими в породах фундамента и осадочных породах. В первом варианте, связанном с нагнетанием в породу фундамента, землетрясения, как правило, происходят в компактной группе вокруг скважины, с резким снижением числа землетрясений дальше от скважины. В другой модели, связанной с осадочными породами, индуцированные землетрясения постепенно уменьшаются по мере удаления от скважины и происходят на гораздо больших расстояниях.
Считалось, что физический механизм, с помощью которого нагнетательные скважины вызывают землетрясения, является прямым результатом повышенного давления флюида в порах породы, что приводит к более легкому проскальзыванию разломов. По словам Гебеля, этот механизм может объяснить пространственную картину сейсмичности, наблюдаемую при нагнетании в породу фундамента. Но картина, наблюдаемая при закачке в осадочную породу, предполагает другой механизм, возникающий в результате эффективной «пороупругой связи», которая контролирует способность породы передавать напряжения жидкости в твердую матрицу породы.
Когда вы нагнетаете воду в землю, она давит на окружающую породу и создает упругое напряжение в породе, которое может оказывать давление на разломы на расстоянии, не направляя воду в эти разломы. Таким образом, если преобладает пороупругость, вы получаете больший след, потому что он нагружает соседние разломы за пределами области повышенного порового давления», - сказал Бродский.
По словам Гебеля, кристаллическая порода фундамента более жесткая и имеет меньшую пористость, чем осадочная порода. «Поэтому увеличение порового давления ограничивается изолированными карманами вокруг скважины, и связь этого с общим полем напряжений низка», - сказал он..
Гобель сказал, что их результаты помогают объяснить степень индуцированной сейсмичности в таких регионах, как Оклахома, где есть много мест закачки на нефтяных и газовых месторождениях. В Оклахоме с 2010 года наблюдается резкий всплеск землетрясений, и теперь в Оклахоме ежегодно происходит больше землетрясений, чем в Калифорнии. Гебель и Бродский, однако, не включили в свое исследование участки в Оклахоме, поскольку там так много нагнетательных скважин, что они не могли изолировать влияние отдельных скважин.
В Оклахоме производят нагнетание в высокопористую осадочную пачку над фундаментом, но эти упругие напряжения могут передаваться на большое расстояние, так что можно активировать крупный разлом фундамента на расстоянии 10 километров, - сказал Гебель.«Возможно, именно это мы и наблюдаем в таких местах, как Оклахома».