Каждый год в мире регистрируется около 100 000 землетрясений, но не все они происходят естественным путем. Некоторые из более слабых вызваны деятельностью человека под землей - это называется наведенной сейсмичностью. Исследователи из Лаборатории экспериментальной механики горных пород (LEMR) EPFL и Ecole Normale Supérieure в Париже только что завершили исследование роли флюидов в распространении индуцированных землетрясений, пытаясь расшифровать лежащие в их основе механизмы. Их результаты включают в себя чрезвычайно противоречивое открытие, что вода под высоким давлением в непосредственной близости от землетрясения имеет тенденцию ограничивать, а не увеличивать его интенсивность. Эти результаты были опубликованы сегодня в Nature Communications.
Индуцированные землетрясения могут быть результатом такой деятельности, как добыча полезных ископаемых, добыча газа и нефти, хранение токсичных отходов или CO2, а также строительство туннелей и плотинных резервуаров. Генерация геотермальной энергии - еще один потенциальный источник индуцированных землетрясений - и основной в Швейцарии. По данным Швейцарской сейсмологической службы, геотермальный проект вблизи Базеля вызвал землетрясение силой 3,4 балла в 2006 году, а один в Санкт-Галлене вызвал землетрясение силой 3,5 балла в 2013 году.
Геотермальная энергия улавливается путем использования подземного тепла. Вода под высоким давлением закачивается в земную кору на глубину от двух до четырех километров. Затем вода извлекается в виде пара и используется для привода турбины, производящей электроэнергию.«Нагнетание воды может повлиять на равновесие вода-порода и нарушить близлежащие разломы, что вызовет землетрясения в этом районе», - говорит Мари Виолей, руководитель LEMR.
Землетрясение такого типа является занозой в боку сторонников геотермальной энергии, отмечает Матео Акоста, аспирант LEMR и ведущий автор исследования: «Эти землетрясения могут быть низкой интенсивности, но они могут причинить ущерб и повлиять на общественное мнение - вплоть до срыва проектов."
Поглощение тепла
Акоста провел тесты, в которых он стремился воспроизвести условия землетрясения, чтобы изучить влияние различных уровней давления подземных вод на динамику разломов. Он сосредоточился в основном на распространении землетрясений, когда две плиты в разломе трутся друг о друга, посылая сейсмические волны в окрестности.
«Трение горных пород генерирует значительное количество тепла, что еще больше усиливает эффект распространения», - говорит аспирант.«Некоторая часть этого тепла поглощается водой в окружающей породе, и поглощаемое количество в значительной степени зависит от термодинамических параметров воды. Из наших экспериментов мы узнали, что чем ближе начальное давление жидкости к критическому давлению воды, тем слабее будет землетрясение."
«Это исследование показывает, что начальное давление флюида в горных породах имеет решающее значение, особенно на глубинах, обычно достигаемых геотермальной активностью. второй автор исследования.
Лаборатория недавно приобрела сложное оборудование, с помощью которого можно моделировать уровни давления и температуры на глубине от 10 до 15 километров в земной коре. Исследователи планируют использовать это оборудование для более точного измерения воздействия грунтовых вод на интенсивность землетрясений.