Modellering af virkningerne af spildevandsinjektion

I arbejde, der giver indsigt i omfanget af farerne ved jordskælvsfejl generelt, Seismologer har udviklet en model til at bestemme størrelsen af ​​et jordskælv, der kan udløses af den underjordiske injektion af væsker produceret som et biprodukt af hydraulisk frakturering.

Hydraulisk brud, eller "fracking, "er en olieudvindingsprocedure, hvor millioner af liter vand (samt sand og kemikalier) sprøjtes dybt ned i underjordiske skiferbede for at knække klippen og frigive naturgas og olie. Ifølge United States Geological Survey, fracking i sig selv udløser typisk ikke jordskælv. I stedet, den øgede risiko for seismicitet er stærkere forbundet med den efterfølgende indsprøjtning af spildevandet fra fracking og andre olieudvindingsprocesser i massive bortskaffelsesbrønde, der er tusinder af fødder under jorden.

Tidligere forsøg på at modellere forholdet mellem indsprøjtning af spildevand og udløsningen af ​​jordskælv antydede, at den maksimale størrelse af den seismiske aktivitet induceret på denne måde ville være proportional med volumenet af de injicerede væsker. Imidlertid, denne fortolkning tager ikke højde for det faktum, at jordskælv kan vokse ud over det område, der påvirkes af væsketryk, siger Jean Paul Ampuero, professor i seismologi ved Caltech og medforfatter til en ny undersøgelse om emnet, der vises i tidsskriftet Videnskabens fremskridt den 20. december.

Ved at kombinere teori og computersimuleringer af dynamiske jordskælvsbrud, Ampuero og hans kolleger udviklede en model, der forklarer, hvordan størrelsen af ​​injektionsinducerede jordskælv afhænger ikke kun af mængden af ​​væske, der injiceres, men også af energien, der er lagret ved fejl i nærheden. Resultatet er en model, der kvantificerer den afstand, som et jordskælv kan forplante sig ud over et injektionssted - som igen forudsiger den maksimale størrelse af en induceret seismisk hændelse.

"Jordskælv forårsaget af menneskelige aktiviteter, der involverer underjordisk injektion af væsker eller gas, er en voksende bekymring, en fare, der skal kontrolleres for at udvikle en sikrere og renere energifremtid, " siger Ampuero.

Denne inducerede seismicitet har været genstand for betydelig forskning i de senere år og tiltrækker også forskere, som, ligesom Ampuero, er primært interesseret i at optrevle fysikken i naturlige jordskælv. "Dette er måske det tætteste forskerne nogensinde kommer på et kontrolleret jordskælvseksperiment i stor skala, " siger Ampuero. Til det nye værk, Ampuero gik sammen med Martin Galis, postdoc ved King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) i Saudi-Arabien.

Det er vigtigt at bemærke, at den nye model kun forudsiger den maksimalt mulige størrelse af et jordskælv snarere end hvad jordskælvets størrelse faktisk vil være, siger forskerne. Den definerer øvre grænser baseret på mængden af ​​ophobet energi i jordskorpen før væskeinjektion.

Den nye model giver indsigt i naturlige jordskælv, skabe en ramme for at forstå, hvad der får jordskælv til at holde op med at ryste. Jordskælv kan udløses af trykket og forstyrrelsen forårsaget af væskeinjektion, men de kan vokse ud over den zone, der umiddelbart påvirkes af spildevandsinjektionen ved at udnytte tektonisk energi, der allerede er lagret i nærheden. Som det er tilfældet for induceret seismicitet, naturlige jordskælv kan starte i små områder af jordskorpen, hvor energien er koncentreret. Hvor store de bliver, bestemmes af mængden af ​​energi i de omkringliggende regioner.

Artiklen har titlen "Induceret seismicitet giver indsigt i, hvorfor jordskælvsbrud stopper." Ampuero og Galis' medforfattere omfatter Paul Martin Mai fra KAUST og Frédéric Cappa fra Université Côte d'Azur i Nice og Institut Universitaire de France i Paris. Finansieringen kom fra National Science Foundation, KAUST, og Agence Nationale de la Recherché i Frankrig.

Dette er den anden undersøgelse i denne måned fra Ampuero, der giver ny indsigt i jordskælvsvidenskab. Den 1. december Ampuero og kolleger fra Centre national de la recherché scientifique i Paris fandt ud af, at det er muligt at observere forstyrrelser i jordens tyngdefelt næsten øjeblikkeligt efter et jordskælv, øge potentialet for brug af disse forstyrrelser som en del af et system til tidlig varsling. (Disse forstyrrelser rejser med lysets hastighed, mens de hurtigste seismiske bølger af et jordskælv forplanter sig med flere kilometer i sekundet, hvilket betyder, at overvågning af forstyrrelserne potentielt kan forbedre eksisterende tidlige varslingssystemer med sekunder eller endda minutter.)

Ampuero og hans kolleger fandt ud af, at seismometre i Kina og Sydkorea optog forstyrrelser i jordens tyngdefelt under 9.1 Tohoku -jordskælvet i Japan i 2011 via signaler, der viste sig som små accelerationer på seismometre mere end et minut, før jorden under seismometre begyndte at ryste.