Искусственные землетрясения в Оклахоме, США, тесно связаны с глубиной, на которой сточные воды нефтегазовой промышленности попадают в землю, согласно новому исследованию, проведенному Бристольским университетом.
Оклахома была горячей точкой сейсмической активности в течение последнего десятилетия, с рядом разрушительных землетрясений, включая землетрясение в Пауни магнитудой 5,8 в 2016 году, которые регулярно влияют на жизнь жителей, что приводит к судебным разбирательствам против операторов скважин.
Искусственные или индуцированные землетрясения представляют повышенный риск для критически важной инфраструктуры, такой как крупное коммерческое нефтехранилище в Кушинге, что делает их угрозой национальной безопасности.
Связь между «сейсмичностью» - частотой землетрясений - и глубинной инъекцией флюидов в подземные горные породы хорошо известна, но ученые, политики и нефтегазовая промышленность были сбиты с толку беспрецедентным всплеском сейсмической активности.. На пике своего развития ежегодное число землетрясений в Оклахоме с 2011 года увеличилось примерно в 800 раз.
Операторы скважин Оклахомы закачивали в землю в среднем 2,3 миллиарда баррелей жидкости в год с 2011 года. Сточные воды обычно удаляются на глубину от одного до двух километров ниже поверхности земли, что значительно ниже уровня пресных грунтовых вод. запасы. Кроме того, соленая вода закачивается глубоко под землю для добычи нефти и газа.
Теперь крупное исследование Бристольского университета с участием Университета Саутгемптона, Делфтского технологического университета и ресурсов будущего, опубликованное сегодня в журнале Science, убедительно показывает, что сейсмичность Оклахомы тесно связана с глубиной закачки флюида..
Ведущий автор исследования, доктор Теа Хинкс, старший научный сотрудник Школы наук о Земле Бристольского университета, сказала: «Наша новая структура моделирования обеспечивает целенаправленную доказательную основу для управления существенным снижением наведенной сейсмичности в Оклахома, с широкими возможностями для применения в других странах мира. Это знаменует собой шаг вперед в понимании эволюции сейсмичности в регионе Оклахомы."
Используя мощную компьютерную модель, включающую записи нагнетательных скважин и данные о землетрясениях из Геологической службы США, команда исследовала связи между объемом закачки, глубиной и местоположением, а также геологическими особенностями за шестилетний период.
В исследовании использовалось новое инновационное программное обеспечение Uninet, которое было разработано группой соавтора профессора Роджера Кука из Делфтского технологического университета и свободно доступно для академических пользователей компанией LightTwist Software. Uninet ранее использовался для разработки моделей причинно-следственных рисков для авиационной отрасли.
Команда обнаружила, что совместное влияние глубины и объема имеет решающее значение, и что объем закачки становится более влиятельным - и с большей вероятностью вызывает землетрясения - на глубинах, где слоистые осадочные породы встречаются с кристаллическими породами фундамента. Это связано с тем, что более глубокие скважины обеспечивают более легкий доступ флюидов к трещиноватым породам фундамента, которые гораздо более подвержены землетрясениям.
Доцент кафедры наук о Земле Университета Саутгемптона и соавтор исследования Том Гернон сказал: «Основные причины индуцированных землетрясений в Оклахоме - открытый и сложный вопрос, не в последнюю очередь потому, что существуют более 10 000 нагнетательных скважин с различными операторами и рабочими характеристиками, все в области сложной геологии.
«Благодаря инновационной модели, способной анализировать большие и сложные наборы данных, наше исследование впервые устанавливает четкую связь между сейсмичностью и глубиной закачки жидкости».
Исследование также показывает, как увеличение глубины нагнетательных скважин выше уровня пород фундамента в ключевых районах может значительно снизить ежегодную энергию, выделяемую землетрясениями, тем самым снижая относительную вероятность более крупных разрушительных землетрясений. Текущие регулирующие меры включают требование к операторам либо уменьшить закачку, либо поднять скважины выше фундамента, часто на неустановленную величину.
Профессор Вилли Аспиналл из Бристольского университета и Aspinall & Associates, который задумал исследование, добавил: «Это новое диагностическое открытие имеет потенциальные последствия для ученых, регулирующих органов и гражданских властей, обеспокоенных наведенной сейсмичностью, как в США Исследование направлено на удовлетворение растущей потребности в более широком понимании того, как операционные, пространственные и геологические параметры в совокупности влияют на индуцированный сейсмический риск.
"Наш анализ позволяет оценивать регулирующие действия на рациональной количественной основе с точки зрения сейсмических воздействий."
Thea Hincks и Willy Aspinall были частично поддержаны консорциумом CREDIBLE (грант NERC NE/J017299/1).