Oklahomas jordskælv er stærkt knyttet til spildevandsindsprøjtningsdybde

Menneskeskabte jordskælv i Oklahoma, USA, er stærkt forbundet med den dybde, hvorpå spildevand fra olie- og gasindustrien sprøjtes ned i jorden, ifølge en ny undersøgelse ledet af University of Bristol.

Oklahoma har været et seismisk hotspot i det sidste årti, med antallet af skadelige jordskælv - herunder størrelsen 5,8 Pawnee -jordskælv i 2016 - regelmæssigt påvirker beboernes liv, fører til retssager mod brøndoperatører.

Den menneskeskabte, eller fremkaldt, jordskælv udgør en øget risiko for kritisk infrastruktur såsom et større kommercielt olielagringsanlæg i Cushing, gør dem til en trussel mod den nationale sikkerhed.

Forbindelsen mellem 'seismicitet' - hyppigheden af ​​jordskælv - og dyb væskeindsprøjtning i underjordiske klippeformationer er veletableret, men forskere, politiske beslutningstagere, og olie- og gasindustrien er blevet forvirret over den hidtil usete stigning i jordskælvsaktivitet. På sit højeste, der har været en cirka 800 gange stigning i det årlige antal jordskælv i Oklahoma siden 2011.

Oklahoma brøndoperatører har injiceret i gennemsnit 2,3 milliarder tønder væske om året i jorden siden 2011. Spildevand bortskaffes rutinemæssigt typisk på en til to km dybder under jordoverfladen, langt under niveauet for fersk grundvandsforsyning. Også, saltvand sprøjtes dybt under jorden for at muliggøre genvinding af olie og gas.

Nu en større undersøgelse ved University of Bristol og involverende University of Southampton, Delft University of Technology and Resources for the Future, offentliggjort i dag i tidsskriftet Videnskab , viser endegyldigt, at Oklahoma's seismicitet er stærkt forbundet med væskeindsprøjtningsdybde.

Hovedforfatter af undersøgelsen, Dr Thea Hincks, Senior Research Associate ved University of Bristols School of Earth Sciences, sagde:"Vores nye modelleringsramme giver en målrettet, bevismæssigt grundlag for at styre en væsentlig reduktion i induceret seismicitet i Oklahoma, med omfattende muligheder for anvendelse andre steder i verden. Dette markerer et skridt fremad i forståelsen af ​​udviklingen af ​​seismicitet i Oklahoma -regionen. "

Ved hjælp af en kraftfuld computermodel, der indeholder injektionsbrøndsoptegnelser og jordskælvsdata fra US Geological Survey, teamet undersøgte forbindelserne mellem injektionsvolumen, dybde, og placering, samt geologiske træk, over en seksårig periode.

Undersøgelsen brugte ny innovativ software, Uninet, som blev udviklet af medforfatter professor Roger Cookes gruppe ved Delft University of Technology og er frit tilgængelig for akademiske brugere fra LightTwist Software. Uninet er tidligere blevet brugt til at udvikle årsagsrisikomodeller for luftfartsindustrien.

Teamet fandt ud af, at de fælles effekter af dybde og volumen er kritiske, og at indsprøjtningsvolumen bliver mere indflydelsesrig - og mere tilbøjelig til at forårsage jordskælv - på dybder, hvor lagdelt sedimentære bjergarter møder krystallinske kælderklipper. Dette skyldes, at dybere brønde giver lettere adgang for væsker til brudte kælderklipper, der er meget mere tilbøjelige til jordskælv.

Dr. Tom Gernon, Lektor i jordvidenskab ved University of Southampton, og medforfatter på undersøgelsen, sagde:"De underliggende årsager til Oklahoma's inducerede jordskælv er et åbent og komplekst problem, ikke mindst fordi der er over 10, 000 injektionsbrønde, med mange forskellige operatører og driftskarakteristika, alt inden for et område med kompleks geologi.

"Takket være en innovativ model, der er i stand til at analysere store og komplekse datasæt, vores undersøgelse etablerer for første gang en klar sammenhæng mellem seismicitet og væskeindsprøjtningsdybde. "

Undersøgelsen viser også, hvordan hævelse af injektionsbrøndedybder til over kælderklipperne i centrale områder kan reducere den årlige energi, der frigives ved jordskælv, betydeligt - og derved reducere den relative sandsynlighed for større, ødelæggende jordskælv. Nuværende lovgivningsmæssige indgreb omfatter krav om, at operatører enten reducerer injektion eller hæver brønde over kælderen, ofte med et uspecificeret beløb.

Professor Willy Aspinall, fra University of Bristol og Aspinall &Associates, hvem undfangede undersøgelsen, tilføjet:"Dette nye diagnostiske fund har potentielle konsekvenser for forskere, tilsynsmyndigheder og civile myndigheder bekymrede over induceret seismicitet, både i USA og internationalt. Forskningen adresserer et stigende behov for en bredere forståelse af, hvordan operationelle, rumlige og geologiske parametre kombineres for at påvirke induceret seismisk risiko.

"Vores analyse gør det muligt at evaluere lovgivningsmæssige handlinger på en rationel, kvantitativt grundlag med hensyn til seismiske effekter. "