Oliefeltoperationer udløste sandsynligvis jordskælv i Californien nogle få miles fra San Andreas-forkastningen

Den måde, virksomheder borer efter olie og gas og bortskaffer spildevand, kan udløse jordskælv, til tider på uventede steder.

I det vestlige Texas, jordskælvsraterne er nu 30 gange højere, end de var i 2013. Undersøgelser har også forbundet jordskælv med oliefeltsoperationer i Oklahoma, Kansas, Colorado og Ohio.

Californien blev anset for at være en undtagelse, et sted, hvor oliefeltsoperationer og tektoniske fejl tilsyneladende eksisterede side om side uden større problemer. Nu, ny forskning viser, at statens naturlige jordskælvsaktivitet kan skjule industri-inducerede jordskælv.

Som seismolog, Jeg har undersøgt inducerede jordskælv i USA, Europa og Australien. Vores seneste undersøgelse, udgivet den 10. november, viser, hvordan californiske oliefeltsoperationer lægger pres på tektoniske fejl i et område kun få kilometer fra San Andreas-forkastningen.

Seismisk bølge

Industri-inducerede jordskælv har været en stigende bekymring i det centrale og østlige USA i mere end et årti.

De fleste af disse jordskælv er for små til at kunne mærkes, men ikke dem alle. I 2016 et jordskælv med en styrke på 5,8 beskadigede bygninger i Pawnee, Oklahoma, og fik statslige og føderale tilsynsmyndigheder til at lukke 32 spildevandsboringer tæt på en nyopdaget fejl. Store jordskælv er sjældne langt fra tektoniske pladegrænser, og Oklahoma, der oplever tre jordskælv med en styrke på 5 eller større på et år, som det skete i 2016, var uhørt.

Oklahomas jordskælvsfrekvens faldt med lavere oliepriser og regulatorers beslutning om at kræve, at virksomhederne reducerer deres brøndindsprøjtningsvolumen, men der er stadig flere jordskælv der i dag end i 2010.

Et velkendt mønster er dukket op i West Texas i de sidste par år:Drastisk stigende jordskælvsrater langt ud over den naturlige rate. Et jordskælv med en styrke på 5 ramte West Texas i marts.

Hvordan det virker

Roden til det inducerede jordskælvsproblem er to forskellige typer væskeinjektion:hydraulisk frakturering og spildevandsbortskaffelse.

Hydraulisk frakturering involverer indsprøjtning af vand, sand og kemikalier ved meget høje tryk for at skabe strømningsveje for kulbrinter fanget i tætte klippeformationer. Bortskaffelse af spildevand involverer indsprøjtning af væsker i dybe geologiske formationer. Selvom spildevand pumpes ved lavt tryk, denne type operation kan forstyrre naturlige belastninger og belastninger over store områder, flere miles fra injektionsbrønde.

Tektoniske forkastninger under geotermiske og oliereservoirer er ofte usikre afbalancerede. Selv en lille forstyrrelse af det naturlige tektoniske system - på grund af dyb væskeinjektion, kan f.eks. få fejl til at glide og udløse jordskælv. Konsekvenserne af væskeinjektioner er let at se i Oklahoma og Texas. Men hvad er konsekvenserne for andre steder, såsom Californien, hvor jordskælvsudsatte forkastninger og oliefelter er placeret i umiddelbar nærhed?

Californiske oliefelters skjulte risiko

Californien giver en særlig interessant mulighed for at studere væskeinjektionseffekter.

Staten har et stort antal oliefelter, jordskælv og mange instrumenter, der registrerer selv små begivenheder, og man mente, at den stort set var fri for unaturlige jordskælv.

Min kollega Manoo Shirzaei fra Virginia Tech og jeg spekulerede på, om inducerede jordskælv kunne maskeres af nærliggende naturlige jordskælv og derfor blev savnet i tidligere undersøgelser. Vi gennemførte en detaljeret seismologisk undersøgelse af Salinas-bassinet i det centrale Californien. Undersøgelsesområdet skiller sig ud på grund af dets nærhed til San Andreas-forkastningen, og fordi affaldsvæsker injiceres med høje hastigheder tæt på seismisk aktive forkastninger.

Ved at bruge satellitradarbilleder fra 2016 til 2020, Shirzaei lavede en overraskende observation:Nogle regioner i Salinas-bassinet løftede sig med omkring 1,5 centimeter om året, lidt over en halv tomme. Denne stigning var en første indikation af, at væsketrykket er ude af balance i dele af San Ardo-oliefeltet. Stigende væsketryk i stenporerne strækker den omgivende stenmatrix som en svamp, der pumpes fuld af vand. Den resulterende reservoirudvidelse hæver de kræfter, der virker på de omgivende tektoniske forkastninger.

Næste, vi undersøgte de seismiske data og fandt ud af, at væskeinjektion og jordskælv var stærkt korreleret over mere end 40 år. Overraskende nok, dette strakte sig 15 miles fra oliefeltet. Sådanne afstande svarer til det store rumlige fodaftryk af injektionsbrønde i Oklahoma. Vi analyserede det rumlige mønster af 1, 735 seismiske hændelser inden for undersøgelsesområdet og fundet klyngning af hændelser tæt på injektionsbrønde.

Andre områder i Californien kan have en lignende historie, og mere detaljerede undersøgelser er nødvendige for at skelne naturlige fra inducerede begivenheder der.

Sådan sænkes risikoen for jordskælv

De fleste spildevandsbortskaffelses- og hydrauliske fraktureringsbrønde fører ikke til jordskælv, der kan mærkes, men de brønde, der forårsager problemer, har tre ting til fælles:

• Disse er højvolumen injektionsbrønde;
• De sprøjter ind i meget permeable klippeformationer; og
• Disse formationer er placeret direkte over tektoniske forkastninger i den dybere geologiske kælder.

Selvom det første problem kan være svært at løse, fordi reduktion af mængden af ​​affaldsvæsker ville kræve at reducere mængden af ​​produceret olie, placeringen af ​​injektionsbrønde kan planlægges mere omhyggeligt. Den seismiske sikkerhed ved olie- og gasoperationer kan øges ved at vælge geologiske formationer, der er adskilt fra dybe forkastninger.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.