Две гигантские воронки недалеко от Винка, штат Техас, могут быть лишь верхушкой айсберга, согласно новому исследованию, которое обнаружило тревожные темпы новых движений грунта, простирающихся далеко за пределы печально известных воронок.
Это открытие геофизической группы из Южного методистского университета в Далласе, которая ранее сообщала о быстрой скорости расширения воронок и образования новых.
Теперь команда обнаружила, что различные места в больших частях четырех округов Техаса также опускаются и поднимаются.
Радарные спутниковые изображения показывают значительное движение земли на площади в 4000 квадратных миль - в одном месте целых 40 дюймов за последние два с половиной года, говорят геофизики.
"Движение грунта, которое мы наблюдаем, не является нормальным. Земля обычно не делает этого без какой-либо причины", - сказал геофизик Чжун Лу, профессор кафедры наук о Земле Роя М. Хаффингтона в SMU и мировой эксперт в области анализа спутниковых радиолокационных изображений.
«Эти опасности представляют опасность для жителей, автомобильных и железных дорог, дамб, плотин и нефте- и газопроводов, а также потенциальное загрязнение грунтовых вод», - сказал Лу. «Упреждающий, непрерывный подробный мониторинг из космоса имеет решающее значение для обеспечения безопасности людей и имущества».
Ученые сделали это открытие, проанализировав радиолокационные снимки среднего разрешения (от 15 до 65 футов), сделанные в период с ноября 2014 года по апрель 2017 года. Изображения охватывают части четырех нефтяных пятен, где ведется интенсивная добыча углеводородов. богатый нефтью Пермский бассейн Западного Техаса.
Снимки в сочетании с данными о добыче нефтяных скважин, предоставленными Техасской железнодорожной комиссией, позволяют предположить, что нестабильность грунта в этом районе связана с десятилетиями добычи нефти и ее воздействием на горные породы под поверхностью земли.
Исследователи SMU предупреждают, что движение грунта может выйти за рамки того, что наблюдал радар в районе четырех округов. Весь регион очень уязвим для деятельности человека из-за его геологии - водорастворимых солей и известняковых образований, а также сланцевых образований.
"Наш анализ касался только этой области площадью 4000 квадратных миль", - сказал соавтор исследования и научный сотрудник Джин-Ву Ким, научный сотрудник Департамента наук о Земле SMU.
«Мы совершенно уверены, что, если мы посмотрим дальше, а мы это делаем, мы обнаружим, что движение грунта происходит даже дальше этого», - сказал Ким. «Этот регион Техаса был усеян нефтяными скважинами и нагнетательными скважинами с 1940-х годов, и наши результаты связывают эту активность с движением грунта."
Лу, председатель Шулер-Фоскью в SMU, и Ким сообщили о своих выводах в публикации Nature Scientific Reports в статье «Связь между локализованными геологическими опасностями в Западном Техасе и деятельностью человека, обнаруженной спутниковым радаром Sentinel-1A/B». изображения."
Исследователи проанализировали спутниковые радиолокационные изображения, которые были обнародованы Европейским космическим агентством, и дополнили их данными о нефтяной активности от Техасской железнодорожной комиссии.
Это исследование является одним из первых в своем роде, в котором идентифицируются мелкомасштабные сигналы деформации в обширной области путем использования больших наборов данных за несколько лет, а затем добавления дополнительной информации.
Исследование поддерживается Программой НАСА по поверхности и недрам Земли и Фондом Шулера-Фоскью в SMU.
Изображение фиксирует изменения, которые в противном случае могли бы остаться незамеченными
Геофизики SMU сосредоточили свой анализ на небольших, локализованных, быстро развивающихся опасных движениях грунта в частях округов Уинклер, Уорд, Ривз и Пекос, на территории размером почти с Коннектикут. Область исследования включает города Пекос, Монаханс, Форт-Стоктон, Империал, Уинк и Кермит.
Изображения Европейского космического агентства являются результатом спутниковой радиолокационной интерферометрии с недавно запущенных орбитальных спутников с открытым исходным кодом, которые делают радиолокационные изображения бесплатными для общественности.
С помощью интерферометрического радара с синтезированной апертурой, или сокращенно InSAR, спутники позволяют ученым обнаруживать изменения, которые не видны невооруженным глазом и которые в противном случае могли бы остаться незамеченными.
Спутниковая технология может фиксировать деформацию грунта с точностью до нескольких дюймов или лучше, с пространственным разрешением в несколько ярдов или лучше на расстоянии тысяч миль, говорят исследователи.
Движение грунта, связанное с нефтяной активностью
Исследователи SMU обнаружили значительную взаимосвязь между движением грунта и нефтяной активностью, которая включает закачку жидкости под давлением в геологически нестабильные горные породы региона.
Закачка жидкости включает закачку отработанной соленой воды в близлежащие скважины и заводнение истощающихся пластов углекислым газом для стимулирования добычи нефти.
Закачиваемые флюиды увеличивают поровое давление в породах, а снятие напряжения сопровождается поднятием грунта. Исследователи обнаружили, что движение грунта совпало с близлежащими последовательностями скорости и объема закачки сточных вод и закачки CO2 в близлежащие скважины.
С проседанием и поднятием грунта также связано растворение солевых образований из-за просачивания пресной воды в заброшенные подземные нефтяные объекты, а также добыча нефти.
Обнаружено опускание и поднятие от Уинка до Форт-Стоктона
Как и следовало ожидать, наиболее значительное проседание происходит примерно в полумиле к востоку от огромной воронки Wink No. 2, где есть две чаши проседания, одна из которых опустилась более чем на 15,5 дюймов в год. Быстрое опускание, скорее всего, вызвано утечкой воды через заброшенные скважины в формацию Саладо и растворением слоев соли, что угрожает возможным обрушением грунта.
В двух скважинах для нагнетания сточных вод в 9,3 милях к западу от Уинка и Кермита радар обнаружил поднятие около 2,1 дюйма, которое совпало с увеличением объема закачки. Нагнетательные скважины простираются на глубину от 4 921 футов до 5 577 футов в пласт песчаника.
Вблизи 11 скважин для закачки CO2 почти в семи милях к юго-западу от Монаханса радиолокационный анализ обнаружил поднятие поверхности более чем на 1 дюйм. Глубина скважин составляет от 2 460 футов до 2 657 футов. Как и при закачке сточных вод, закачка СО2 увеличивала поровое давление в горных породах, поэтому после снятия напряжения последовало поднятие поверхности примерно на 1 дюйм.
Исследователи также изучили район в 4,3 милях к юго-западу от Империал, где широко сообщалось о значительном оседании пресной воды, протекающей через треснувшие обсадные трубы, проржавевшие стальные трубы и незакрытые заброшенные скважины.
Вода там просочилась в легко растворяющуюся формацию Саладо, создала пустоты и вызвала опускание земли и подъем воды из недр, в том числе образовав озеро Бемер, которого не существовало до 2003 года.
Радиолокационный анализ, проведенный командой SMU, обнаружил быстрое проседание в диапазоне от трех четвертей дюйма до почти 4 дюймов вокруг действующих скважин, заброшенных скважин и бесхозных скважин.
«Движение по дорогам и нефтяным объектам к юго-западу от Империала, штат Техас, должно тщательно контролироваться, чтобы смягчить потенциальные катастрофы», - пишут исследователи в исследовании.
Примерно в 5,5 милях к югу от Пекоса их радиолокационный анализ обнаружил оседание более 1 дюйма возле новых скважин, пробуренных с помощью гидроразрыва пласта и находящихся в эксплуатации с начала 2015 года. В последние годы там также было зарегистрировано шесть небольших землетрясений, что позволяет предположить, деформация грунта вызвала накопленное напряжение и вызвала сдвиг существующих разломов.
Мы наблюдаем всплеск сейсмической активности вокруг Пекоса в последние пять-шесть лет. До 2012 года землетрясений там не фиксировали. В то же время наши результаты ясно показывают, что деформации грунта вблизи Пекоса происходят, - сказала Ким.«Хотя землетрясения и оседание поверхности могут быть совпадением, мы не можем исключить возможность того, что эти землетрясения были вызваны деятельностью по добыче углеводородов».
Ученые: расширьте сеть сейсмических станций, чтобы лучше обнаруживать активность
Ким заявил о необходимости улучшения местоположения землетрясений и порога обнаружения за счет расширенной сети сейсмических станций, наряду с непрерывным мониторингом поверхности с помощью продемонстрированных радиолокационных методов дистанционного зондирования.
«Это необходимо, чтобы выяснить причину недавней повышенной сейсмической активности», - сказал Ким. «Наши усилия по постоянному наблюдению за Западным Техасом с помощью этой передовой спутниковой технологии могут помочь поддерживать безопасную и постоянную добычу нефти».
Мониторинг деформации грунта в режиме, близком к реальному времени, возможен через несколько лет
Наборы спутниковых радиолокационных данных позволили геофизикам СМУ обнаружить как двумерную деформацию грунта с востока на запад, так и вертикальную деформацию.
Лу, ведущий ученый в области приложений InSAR, является членом научной группы специальной американской и индийской миссии NASA-ISRO (называемой NISAR) InSAR, запуск которой запланирован на 2021 год для изучения опасностей и глобального изменения окружающей среды.
InSAR получает доступ к серии изображений, снятых считывающим радиолокационным прибором, установленным на орбитальном спутнике Sentinel-1A/B. Спутники вращаются на высоте 435 миль над поверхностью Земли. Sentinel-1A был запущен в 2014 году, а Sentinel-1B - в 2016 году в рамках программы Европейского Союза Copernicus.
Группировка Sentinel-1A/B отражает радарный сигнал от земли, затем записывает сигнал по мере его отражения, обеспечивая измерения. Измерения позволяют геофизикам определять расстояние от спутника до земли, показывая, как особенности поверхности Земли меняются с течением времени.
«Мониторинг деформации грунта в реальном времени с высоким пространственным и временным разрешением станет возможным через несколько лет с использованием нескольких спутников, таких как Sentinel-1A/B, NISAR и других», - сказал Лу.«Это произведет революцию в нашей способности характеризовать антропогенные и природные опасности и уменьшить их ущерб для человечества, инфраструктуры и энергетической отрасли».