Små jordskælv på fracking -steder kan være tidlige indikatorer på større rystelser, der kommer

Stanford geovidenskabsmænd har udtænkt en måde at opdage tusindvis af besvime, tidligere mistede jordskælv udløst af hydraulisk frakturering, eller "fracking".

Teknikken kan bruges til at overvåge seismiske aktiviteter ved fracking -operationer for at reducere sandsynligheden for større, potentielt skadelige jordskælv fra at forekomme, ifølge den nye undersøgelse.

"Disse små jordskælv kan virke som kanariefugle i en kulmine, "sagde studieforfatter William Ellsworth, en professor (forskning) i geofysik ved Stanford's School of Earth, Energi- og miljøvidenskab. "Når de sker, de bør ses som advarende indikatorer for underjordiske forhold, der kan føre til større jordskælv."

Fracking indebærer at injicere højtryksvæske under jorden for at revne åbne sten og frigive den naturgas, der er fanget inde. Mens klipperne revner, de producerer små jordskælv, der typisk var for små til at blive opdaget - indtil nu.

"I vores undersøgelse, du kan faktisk se individuelle jordskælv, der forekommer ved siden af ​​den del af en brønd, der bliver brudt, " sagde Stanford ph.d.-studerende Clara Yoon, hovedforfatter af undersøgelsen offentliggjort i Journal of Geophysical Research .

Arkansas jordskælv

I oktober 2010 beboere i nærheden af ​​et Arkansas naturgasfelt blev rystet af et jordskælv på 4, der blev efterfulgt af to større efterskælv i februar 2011.

Forskere siger, at disse store jordskælv blev forårsaget af injektioner af spildevand fra fracking-steder i dybe underjordiske brønde, og ikke ved fracking-operationer tættere på overfladen.

"Dette var nogle af de første jordskælv relateret til udvikling af skifergas, der tiltrak national opmærksomhed, " sagde Ellsworth.

Jordskælv af størrelsesorden 4 og højere har efterfølgende raslet Oklahoma, Texas og andre gas- og olieproducerende stater.

Data mining

Ved at bruge en avanceret data-mining-algoritme udviklet af Yoon og hendes kolleger, Stanford-holdet gennemførte en retrospektiv analyse af seismisk aktivitet i Arkansas forud for hændelsen i størrelsesorden 4. Algoritmen bruger jordskælvsmønstergenkendelse til at generere detaljerede registreringer af seismicitet.

Analysen sporede seismiske hændelser genereret ved produktionsbrønde, der brugte fracking, og ved dybere spildevandsboringer i nærheden.

"Vi var interesserede i, hvordan sekvensen, der førte til jordskælvet på størrelsesordenen 4, startede, " sagde Yoon. "Vi så på den tidligste periode med seismisk aktivitet i 2010, fra 1. juni til 1. september, da spildevandsinjektion lige var begyndt."

Da Yoon kørte algoritmen på dette datasæt, hun opdagede mere end 14, 000 små, tidligere urapporterede jordskælv. Ved at sammenligne timingen og placeringen af ​​rystelserne med væskeindsprøjtningsdata leveret af staten Arkansas, Yoon var i stand til at påvise, at de fleste af jordskælvene var det direkte resultat af fracking-operationer ved 17 af de 53 produktionsbrønde.

"Det var en overraskelse, "sagde medforfatter Gregory Beroza, Wayne Loel professor i geofysik ved Stanford. "Man havde troet, og vi tænkte, at tidlige jordskælv i dette område var relateret til spildevandsinjektion. Men vi fandt ud af, at størstedelen var forårsaget af fracking. "

Vedvarende skælv

Mange af de fracking-inducerede jordskælv var også større og mere vedvarende end forventet - usædvanlige egenskaber, der indikerer potentielle problemer forude.

Jordskælv genereret af fracking er typisk ikke større end størrelsesordenen 0. Det svarer til mængden af ​​energi, der frigives, når en mælkekarton rammer gulvet efter at være faldet ned fra en disk.

Men flere jordskælv observeret i undersøgelsen var på størrelsesordenen 1, som er 31 gange stærkere end et jordskælv med en styrke på 0. Nogle få var over størrelsesorden 2, hvilket er 1, 000 gange stærkere end størrelsesorden 0.

De fleste fracking-inducerede jordskælv forekommer nær brønden og forsvinder hurtigt. Men nogle af jordskælvene i Arkansas var lokaliseret langt fra borehullet og fortsatte uger efter fracking-operationer var afsluttet.

"Vi var især overraskede over størrelsen og vedvarende seismicitet, "Ellsworth sagde." Når jordskælv under fracking -operationer er større end forventet og vedvarer i uger, det indikerer et højt stressniveau i det område. Fejl under høj belastning er ustabile og kan glide, udløser større jordskælv. "

Det faktum, at fracking nær spildevandsboringer forårsagede tusinder af jordskælv - for mange, for stor og varig for længe – var et rødt flag, at stressforhold dybere nede også var primeret til at skabe den ustabilitet, der udløste større jordskælv, han tilføjede.

"Vi ønsker at tilskynde til kontinuerlig seismisk overvågning, før fracking-operationer starter, mens de er i gang, og når de er færdige, "Beroza sagde." Algoritmen Clara udviklede tilbyder en effektiv, omkostningseffektiv metode til at få mere information ud af eksisterende data, så der i fremtiden kan træffes informerede beslutninger, der mindsker chancen for, at der sker større jordskælv."