Injektionsbrønde kan fremkalde jordskælv miles væk fra brønden

En undersøgelse af jordskælv induceret ved at injicere væske dybt under jorden har afsløret overraskende mønstre, foreslår, at nuværende anbefalinger for hydraulisk frakturering, bortskaffelse af spildevand, og geotermiske brønde skal muligvis revideres.

Forskere ved UC Santa Cruz kompilerede og analyserede data fra hele verden for jordskælv, der tydeligt er forbundet med injektionsbrønde. De fandt ud af, at en enkelt injektionsbrønd kan forårsage jordskælv i afstande mere end 6 miles (10 kilometer) fra brønden. De fandt også ud af, at generelt, indsprøjtning af væsker i sedimentær bjergart kan forårsage større, fjernere jordskælv end at sprøjte ind i den underliggende kældersten.

"Dette er problematisk, da det nuværende råd er fortrinsvis at injicere i den sedimentære sekvens som et teoretisk mere sikkert alternativ til kælderbjergarten, " sagde Emily Brodsky, professor i jord- og planetvidenskab ved UC Santa Cruz.

Postdoc-forsker Thomas Goebel sagde, at nøglespørgsmålet er det rumlige fodaftryk af induceret seismicitet omkring injektionsbrønden. "Det er ikke sådan, at kælderklippen er sikker, fordi der stadig er mulighed for at støde på en fejl i kælderklippen, der kan forårsage et stort jordskælv, men sandsynligheden er reduceret, fordi det rumlige fodaftryk er mindre, " han sagde.

I et papir udgivet 31. august i Videnskab , Goebel og Brodsky beskrev to distinkte mønstre af induceret seismicitet, som de associerede med forskellige fysiske mekanismer, der virker i kælderbjergarter og sedimentære sten. I det første mønster, forbundet med injektion i kældersten, jordskælv har en tendens til at forekomme i en kompakt klynge omkring brønden, med et stejlt fald i jordskælv længere fra brønden. I det andet mønster, forbundet med sedimentær sten, inducerede jordskælv aftager gradvist med afstanden fra brønden og forekommer på meget større afstande.

Den fysiske mekanisme, hvorved injektionsbrønde fremkalder jordskælv, menes at være et direkte resultat af øget væsketryk i klippens porer, får fejl til at glide lettere. Denne mekanisme kan forklare det rumlige mønster af seismicitet set med injektion i kældersten, sagde Goebel. Men mønsteret set med injektion i sedimentær bjergart antyder en anden mekanisme som følge af effektiv "poroelastisk kobling, " som styrer bjergartens evne til at overføre væskespændinger ind i den faste bjergart.

"Når du sprøjter vand i jorden, det skubber på den omgivende klippe og skaber elastisk spænding i klippen, som kan lægge pres på fejl på afstand uden at putte vand i disse fejl. Så hvis porelasticitet er dominerende, du ender med et større fodaftryk, fordi det belaster nærliggende fejl ud over området med øget poretryk, " sagde Brodsky.

Ifølge Goebel, den krystallinske kældersten er stivere og har lavere porøsitet end sedimentær bjergart. "Derfor, stigningen i poretrykket er begrænset til isolerede lommer omkring brønden, og koblingen af ​​det med det overordnede spændingsfelt er lav, " han sagde.

Goebel sagde, at deres resultater hjælper med at forklare omfanget af induceret seismicitet i regioner som Oklahoma, hvor der er mange injektionssteder i olie- og gasfelter. Oklahoma har set en dramatisk stigning i jordskælv siden 2010, i det omfang, at der nu er flere jordskælv hvert år i Oklahoma end i Californien. Goebel og Brodsky inkluderede ikke steder i Oklahoma i deres undersøgelse, imidlertid, fordi der er så mange injektionsbrønde, kunne de ikke isolere virkningerne af individuelle brønde.

"I Oklahoma, de sprøjter ind i den højporøse sedimentære enhed over kælderen, men disse elastiske spændinger kan overføres over en stor afstand, så du kunne aktivere en stor kælderfejl i en afstand af 10 kilometer, " sagde Goebel. "Det kan være, hvad vi ser på steder som Oklahoma."