Jordskælv forårsaget af industrielle aktiviteter - hvad er risiciene, og hvordan kan de reduceres?

Den 3. september, 2016, et jordskælv på 5,8 ramte lige nordvest for Pawnee, Oklahoma, forårsager moderate til alvorlige skader i bygninger nær epicentret. Det var det største, der nogensinde er registreret i staten.

Jordskælvet i Pawnee fulgte den dramatiske stigning i seismiske begivenheder i det centrale USA, der begyndte i 2009, forbundet med stigningen i underjordisk spildevandsbortskaffelse fra olie- og gasoperatører. Denne og andre begivenheder i området vakte offentlige bekymringer og fik regeringsorganer til at lukke injektionsbrønde og etablere nye regler for spildevandsindsprøjtninger.

Mens jordskælv forårsaget af mennesker er blevet dokumenteret i mere end et århundrede, deres stigende antal rapporteret på verdensplan har tiltrukket megen videnskabelig, social og politisk opmærksomhed. Sådanne jordskælv er relateret til industrielle aktiviteter såsom minedrift, opførelse af vanddæmninger, injektion af væsker som spildevand og kuldioxid, og ekstraktioner forbundet med olie- og gasudnyttelse.

Med den stadigt stigende efterspørgsel efter energi- og mineralforsyninger verden over, Antallet af menneskeskabte jordskælv forventes at stige i de kommende år. Nogle af de største og mere ødelæggende jordskælv i de sidste par år har været relateret til menneskeskabte aktiviteter, såsom jordskælvet i størrelsen 7,9 i Wenchuan (Kina) i 2008 og jordskælvet i størrelsesorden 7,8 i Nepal.

I de fleste tilfælde forårsager industrielle aktiviteter ikke jordskælv. Men dette bliver problematisk, når sådanne aktiviteter er tæt på aktive fejl. I dette tilfælde, selv små belastninger under jorden forårsaget af menneskeskabte aktiviteter kan destabilisere fejl, fremkalder jordskælv.

Defekte væskeindsprøjtninger

Sådanne belastninger, såsom væskeinjektioner, er endda i stand til at migrere lange afstande i planetskorpen, kan forårsage jordskælvsdage, måneder eller endda år efter injektionen.

Ovenstående figur viser, at da væsketrykket i toppen af ​​brønden Basel 1 (lilla linje) var stigende under injektion, den inducerede seismicitet steg også (blålige søjler). I den nederste figur, den gennemsnitlige kvadrerede afstand mellem de inducerede jordskælv fra brønden er vist, hvilket indikerer den komplekse spredning af seismicitet væk fra brønden over tid. De største jordskælv (større end 3, vist med stjerner) opstod efter injektionen var afsluttet.

Sådanne problemer, sammen med den generelle mangel på viden om de nøjagtige belastninger og fejlbetingelser under jorden, gøre sådanne jordskælv vanskelige at forudsige eller styre.

I Europa, hvor befolkningstætheden er højere end USA, offentlig bekymring over menneskeskabte jordskælv er større. I det velkendte tilfælde af Basel, Schweiz, der fandt sted i 2006, cirka 11, 500 kubikmeter vand blev injiceret ved højt tryk i en 5 km dyb brønd for at muliggøre udvinding af geotermisk energi. Under injektionsfasen, mere end 10, 000 jordskælv blev fremkaldt, herunder nogle stærke begivenheder, der kunne mærkes i selve Basel. Disse vakte offentlig bekymring og vrede, fører til afslutning af projektet og til mere end 9 millioner dollars på skadekrav.

Naturens arbejde

I Sydeuropa, som har en større risiko for naturligt forekommende jordskælv, den offentlige tolerance over for inducerede jordskælv på grund af industrielle aktiviteter er endnu mere begrænset. Den dødbringende jordskælvsekvens i Emilia (Italien) i 2012 blev et emne for vedvarende offentlig debat og politisk diskussion, baseret på jordskælvets epicenters nærhed til et oliefelt.

Den italienske regering nedsatte et internationalt udvalg for at undersøge, og mens der ikke blev fundet nogen klar sammenhæng mellem regional seismicitet og olieudvinding, en var heller ikke udelukket. Andre undersøgelser konkluderede, at jordskælvene var en naturlig begivenhed.

En anden nylig sag er Castor -projektets sag, et underjordisk offshore gaslager i Valencia-bugten, Spanien. Projektet på 2 milliarder dollars blev afsluttet af den spanske regering i 2014 efter et udbrud af regional seismicitet umiddelbart efter indledningen af ​​gasindsprøjtningsoperationer, og den offentlige bekymring, der fulgte.

Ovenstående europæiske seismiske farekort viser de mest seismisk farlige områder i Europa målt ved den maksimale jordacceleration (PGA), der kan forventes under et jordskælv, med en 10% sandsynlighed for at blive nået eller overskredet om 50 år. Grøn angiver forholdsvis lave fareværdier for PGA under 0,1 g; gul til orange viser en moderat fare, mellem 0,1 til 0,25 g; og rød identificerer højfarlige områder med PGA på mere end 0,25.

Udfordringerne forude

De tidligere sager illustrerer nogle af de kommende udfordringer, der skal stå over for menneskeskabte jordskælv. Evnen til at skelne mellem naturlige og menneskeskabte jordskælv kan være vanskelig eller endda umulig, især i seismisk aktive regioner, mens risikoen forbundet med industrielle aktiviteter i andre tilfælde er signifikant undervurderet. Sådanne problemer udgør nye udfordringer for risikoreducering og økonomisk vækst, især i seismisk aktive regioner som Sydeuropa.

Billedet ovenfor illustrerer, at bore- og ekstraktionsoperationer kan finde sted i nærheden af ​​eller inden for seismisk aktive områder, øge risikoen for aktivering af fejl og/eller fremskynde forekomsten af ​​jordskælv, der ellers ville forekomme naturligt engang i fremtiden.

For at reducere sådanne farer betydeligt, der kræves regler, der omfatter faremodellering samt vurdering før og under industriel aktivitet, der kan forstyrre regionale stressfelter. Sådanne regler blev for nylig udstedt i Nordamerika, herunder Californien, Oklahoma, Ohio og Texas, samt i og Canada. I Europa, EU har endnu ikke udstedt sådanne regler men der er blevet fremsat retningslinjer i nogle lande, der har oplevet jordskælv, herunder Holland, Schweiz, England, Tyskland, Frankrig og Italien.

Ud over, kommunikationskampagner, der vil informere offentligheden om de økonomiske fordele og de risici, som sådanne industrielle operationer kan have, bør også fremlægges. Sådanne foranstaltninger vil sikre en effektiv afbødning af den dertil knyttede risiko og industriprojektets bæredygtighed.

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.