Hvad sker der under jorden under hydraulisk frakturering

Et forskerhold fra Ruhr-Universität Bochum (RUB) og McGill University i Montreal undersøger, hvad der præcist sker under jorden, når jorden i det vestlige Canada ryster som følge af hydrauliske fraktureringsaktiviteter. Holdet, ledet af Bochum-baserede professor Rebecca Harrington, ønsker grundlæggende at forstå, hvordan jordskælv opstår - uanset om det er menneskeskabte eller naturlige. "Den hydrauliske frakturering er noget som et opskaleret laboratorieeksperiment for os, " forklarer Harrington, der leder Hydrogeomechanics Group på RUB. "Vi ser, hvad der sker, når undergrunden udsættes for kontrollerede stressforhold - under naturlige forhold ville ændringer i stress være meget sværere at studere." RUBs videnskabsblad Gnide i rapporter om resultaterne.

Med henblik på deres undersøgelse, forskerne vurderer registreringer af naturlige og menneskeskabte jordskælv. En af de mange datakilder er jordskælvene udløst af hydraulisk frakturering i et område på omkring 50 gange 50 kilometer i det vestlige Canadas sedimentære bassin. Processen bruges til at tappe olie- eller gasforekomster, der ligger dybt under jorden. En blanding af vand, sand, og svagt koncentreret saltsyre sprøjtes ind i jorden ved højt tryk for at skabe revner i klippen og gøre det mere permeabelt at udvinde gassen eller olien lettere. Dette kan gentagne gange forårsage jordskælv.

Væsker bevæger sig ikke helt som forventet

I 2018, et jordskælv med en styrke på 4,5 fandt sted meget tidligt i den hydrauliske frakturering, når næsten ingen væske var blevet sprøjtet ind. "Dette viser, at væsker bevæger sig under jorden på måder, vi ikke ville forvente, " siger Harrington. RUB-holdet analyserede dette jordskælv og flere af dets efterskælv, hvoraf den største stadig nåede størrelsesordenen 4,2 og 3,4, sammen med deres kolleger på McGill University. De to institutioner har oprettet 17 seismiske stationer i det vestlige Canadas sedimentære bassin og har dermed adgang til et omfattende datanetværk.

Ved at bruge disse optegnelser, videnskabsmændene rekonstruerede kilderne til de forskellige jordskælv, og hvordan de havde spredt sig under jorden. De kædede dataene sammen med information om den hydrauliske fraktureringsproces og arten af ​​undergrunden og væskernes interaktion med klippen. Ved hjælp af computersimuleringer, de modellerede de kræfter, der havde virket i undergrunden under skælvene. Konklusionen:"Formodentlig var der en geologisk ung forkastningszone i undergrunden, et netværk af brud i jordskorpen, som fungerede som en naturlig vej for væsker. Den hydrauliske fraktureringsvæske kan derefter strømme gennem frakturnetværket som en kanal, " som Rebecca Harrington beskriver processen. Væskestrømmen nåede således hurtigt frem til den underliggende fejl, som forstyrrede spændingsstrukturen i undergrunden og udløste et jordskælv, der var kraftigere end forventet.

Analyse af 8, 200 jordskælv er i gang

Det tysk-canadiske hold er begyndt at analysere omkring 8, 200 jordskælv registreret af seismiske stationer i det vestlige Canada mellem juli 2017 og september 2020. Forskerne viste, at mange jordskælv forekommer på steder, hvor der findes naturlige geologiske forkastninger i undergrunden, som væsker interagerer med. De beviste også, at disse fejl er optimalt tilpasset i jordskorpens stressfelt for at udløse jordskælv.

"Jordskælvene stammer fra industrielle aktiviteter, men når først den er blevet indledt, de geologiske forkastninger opfører sig stort set som et jordskælv af naturlig oprindelse, " slutter Rebecca Harrington. "Samlet set, vores undersøgelser tyder på, at der ikke er nogen grundlæggende forskelle mellem naturlige jordskælv og jordskælv udløst af hydraulisk frakturering. Alt, hvad vi lærer om inducerede jordskælv, kan også hjælpe os med at forstå naturlige jordskælv - og forhåbentlig en dag hjælpe os med at minimere påvirkningen af ​​mennesker og infrastruktur fra jordskælv."