Geoscientist håber at gøre inducerede jordskælv forudsigelige

University of Oklahoma Mewbourne College of Earth and Energy assisterende professor Xiaowei Chen og en gruppe geovidenskabsmænd fra Arizona State University og University of California, Berkeley, har skabt en model til at forudsige induceret jordskælvsaktivitet fra bortskaffelse af spildevand efter olie- og gasproduktion.

"I denne region af landet, for hver tønde olie produceret fra jorden, normalt udvindes mellem otte og ni tønder vand også fra mange brønde, " sagde Chen.

Den store mængde vand fører til et problem for olieproducenterne - hvad skal man gøre med det?

Også kaldet saltlage, dette spildevand indeholder salt, mineraler og spormængder af olie, gør det ubrugeligt til forbrug eller landbrugsformål og omkostningsmæssigt uoverkommeligt at behandle. Det bortskaffes ved at sprøjte det tilbage i jorden, dybt ind i porøse klippeformationer.

Spildevandsinjektion kan forårsage jordskælv, forklarede Chen, og mens de fleste af de seneste jordskælv i Oklahoma har været små, flere har været over 3,0 på Richter-skalaen.

Chen og et team af forskere, ledet af Guang Zhai og Manoochehr Shirzaei fra ASU, og Michael Manga fra UC Berkeley, satte sig for at finde en måde at gøre inducerede jordskælv i Oklahoma forudsigelige og små.

Deres metode, forklarede Chen, var at "skabe en model, der korrelerer injiceret spildevandsvolumen med stressændringer på nærliggende forkastninger og antallet af jordskælv i det område."

At finde formlen

Det er vanskeligt at forudsige mængden af ​​seismisk aktivitet fra spildevandsinjektion, fordi det involverer at tage højde for adskillige variabler:

• Hvor let kan saltlage bevæge sig gennem klippen i en given region
• Hvor og hvor meget saltlage sprøjtes ind
• Den regionale vægt på disse fejl
• Tilstedeværelsen af ​​eksisterende geologiske forkastninger

Holdet tacklede hvert problem.

Chen og hendes medforskere undersøgte hydrologiparametre under overfladen - hvor hurtigt væske bevæger sig i porøse klipper, og hvor hurtigt indført væske ændrer spændingen i den underjordiske kælder. Dette er vigtigt, fordi den underjordiske kælder er stedet for Oklahomas inducerede jordskælv.

Mens ASU-teamet brugte satellitdata til at bestemme underjordiske hydrologiparametre, Chen fokuserede på rum- og tidsfordelinger af jordskælv, og bestemte hydrologiparametre ved at se på, hvor hurtigt jordskælv bevæger sig væk fra injektionszoner. Ved at sammenligne begge datasæt, forskere øgede yderligere nøjagtigheden af ​​deres model.

Det viser sig, Arbuckle-gruppen, et sedimentært lag, der sidder på toppen af ​​den underjordiske kælder dybt inde i jorden, er særligt gennemtrængelig, tillade saltlage, og derfor jordskælv, let at sprede sig.

"Når vi injicerer saltlage i Arbuckle-gruppen i en dybde på 1-3 kilometer, det kan transportere gennem de porøse klipper, modificere spændinger og forårsage jordskælv på kælderforkastninger, " sagde Chen.

Næste, forskere kan tilslutte mængden af ​​væske i modellen. Ved at tilføje mængden af ​​væske, der er injiceret i et bestemt område i deres model, de kan bestemme den stress, det vil lægge på det pågældende område, når det spredes.

Med saltvandsvariablerne taget i betragtning, forskere tilføjede derefter oplysninger om allerede eksisterende fejl i regionale beregninger. Jo mere forskere kender til et bestemt område, jo mere nøjagtige vil dataene være.

"Hvis vi skal operere i et område, hvor vi ikke har nogen tidligere seismicitet, det vil være lidt udfordrende at forudsige nøjagtigt, " sagde Chen. "Men ved at operere i et nyt område og tage realtidsparametre, operatører og forskere bør være i stand til at forudsige fremtidig adfærd."

Resultater

Chen håber, at ved at følge resultaterne af de modeller, hun var med til at skabe, olieoperatører i staten kan oprette nye protokoller for, hvor meget spildevand der skal injiceres og hvor.

Dette kan hjælpe med at forhindre store inducerede jordskælv i Oklahoma. Chen tror ikke, at kommende protokoller vil afslutte induceret seismicitet helt, men vil snarere hjælpe med at begrænse jordskælvets størrelse og hastighed med begrænset injektionskontrol. Denne metode kan forudsige fremtidig induceret seismicitet.

Chen forudser en protokol, der ligner tornadoure - et tidsvindue, hvor Oklahomans advares om, at de kan føle mindre rystelser i en region af staten.

Ifølge Chen, dette er et område, hvor de tætte arbejdsbånd mellem geovidenskabsfolk og petroleumsingeniører skal være endnu stærkere. Indtil nu, hendes forskning har vakt interesse fra både geovidenskabsfolk og petroleumsingeniører i industrien og den akademiske verden.