Сточные воды, образующиеся при добыче нефти и газа и удаляемые путем глубокой закачки в нижележащие слои горных пород, являются вероятной причиной всплеска землетрясений на юге Канзаса с 2013 года, говорится в новом отчете, опубликованном в Бюллетене сейсмологического общества Америки..
До 2013 года о землетрясениях в округах Харпер и Самнер, где в последнее время ведется интенсивная добыча нефти и газа, почти ничего не слышно. Но в период с 2013 по 2016 год в Канзасе произошло 127 землетрясений магнитудой 3 и выше, причем 115 из них произошли в округах Харпер и Самнер. До 1973 года в этом районе не было зафиксировано ощутимых землетрясений, и только одно землетрясение магнитудой 2,0 в период с 1973 по 2012 год.
Используя данные, собранные сетью сейсмических станций, установленных Геологической службой США, ведущий исследователь Джастин Рубинштейн и его коллеги проанализировали 6 845 землетрясений, произошедших в округах в период с марта 2014 года по декабрь 2016 года.
Они обнаружили, что резкий всплеск сейсмичности коррелирует по времени и месту с увеличением сброса сточных вод, которое началось в 2012 году, и что снижение сейсмичности в это время также соответствует уменьшению скорости сброса.
В период с 1974 по 2012 год в исследуемой области не было землетрясений магнитудой 4 и выше. В период с 2012 по 2016 год произошло шесть таких землетрясений. «Вероятность случайного изменения скорости составляет примерно 0,16%», - пишут Рубинштейн и его коллеги в исследовании BSSA.
Канзас занимал второе место по частоте землетрясений в центральной части США в период с 2013 по 2016 год, уступая Оклахоме, где аналогичное резкое увеличение сейсмичности также было связано с закачкой сточных вод.
В исследуемом районе на юге Канзаса объем закачки сточных вод значительно снизился в 2015 г., снизившись в среднем с 5 млн баррелей в месяц с июля по декабрь 2014 г. до 3,8 млн баррелей в месяц в марте 2015 г. Это снижение, вероятно, было связано с отчасти это связано с падением добычи нефти и газа по мере падения цен на эти товары, говорят исследователи, отмечая, что цена барреля нефти упала вдвое в период с августа 2014 года по январь 2015 года.
В то же время Комиссия корпорации Канзас разработала правила по ограничению закачки сточных вод в исследуемую зону, и эти правила вступают в полную силу в июле 2015 года. С тех пор закачка сточных вод в изучаемой области сократилась почти на 50 процентов.
В 2015 году наблюдается соответствующее снижение сейсмичности, но Рубинштейн сказал, что трудно сказать, насколько экономические сдвиги или новое регулирование способствовали этой тенденции. «Мы не можем полностью разобраться в этом. Но нет никаких сомнений в том, что экономика играет здесь роль, потому что инъекция начала сокращаться до того, как вступили в силу новые правила."
«Конечно, кажется вероятным, что правила имеют эффект, - сказал он, - но нам нужно будет поговорить с отдельными [нефтегазовыми] операторами, чтобы определить степень этого эффекта».
Исследователи говорят, что флюиды, закачиваемые в кристаллический фундамент горных пород под месторождениями нефти и газа в Канзасе, увеличивали давление в порах горных пород и уменьшали трение вдоль разломов, вызывая эти индуцированные землетрясения. Рубинштейн отметил, что не все места закачки сточных вод связаны с землетрясениями. В некоторых случаях давление флюидов может быть не в состоянии достичь глубины, на которой происходят землетрясения, или в скальном основании могут быть некоторые места, более чувствительные к воздействию флюидов, чем другие.
Также трудно понять, как долго эти напряжения могут продолжать вызывать землетрясения, добавил он. Сейсмичность, связанная с нагнетательной скважиной в Янгстауне, штат Огайо, в 2013 году, продолжалась всего несколько недель, в то время как закачка жидкости в Rocky Mountain Arsenal в Колорадо прекратилась в 1966 году, но значительная сейсмичность продолжалась в этом районе до 1980-х годов.
"Трудно сказать, как долго это продлится, учитывая, что мы наблюдаем в Канзасе гораздо более высокую скорость закачки, чем в местах, где сейсмичность быстро замедлилась, и во многих, многих других скважинах", - сказал Рубинштейн. «Если они отключат всю закачку, распад все еще может занять годы только потому, что произошло такое резкое изменение в региональном поле давления».
Рубинштейн продолжит работу в Канзасе, чтобы узнать больше о том, могут ли сейсмологи постоянно видеть форшоки и рои землетрясений в сейсмических записях. «У нас там невероятная сеть и один из наиболее задокументированных случаев индуцированной сейсмичности с общедоступными сейсмическими данными», - сказал он..