Geovidenskabsmænd finder, at lavvandet spildevandsinjektion driver dybe jordskælv i Texas

I et nyligt offentliggjort papir, Virginia Tech geoforskere har fundet ud af, at lavvandet spildevandsinjektion - ikke dybe spildevandsinjektioner - kan drive udbredt dybt jordskælvsaktivitet i ukonventionelle olie- og gasproduktionsfelter.

Saltlage er et giftigt spildevandsbiprodukt fra olie- og gasproduktion. Brøndborere bortskaffer store mængder saltlage ved at sprøjte det ind i underjordiske formationer, hvor dets indsprøjtning kan forårsage jordskælv, ifølge Guang Zhai, en postdoc forsker ved Institut for Geovidenskab, del af Virginia Tech College of Science, og en gæsteassistentforsker ved University of California, Berkeley.

Resultaterne fremgår af tidsskriftets 10. maj-udgave Proceedings of the National Academy of Sciences . Med Zhai på papiret er Manoochehr Shirzaei, en lektor i geovidenskab ved Virginia Tech, og Michael Manga, en professor og formand for Berkeley's Department of Earth and Planetary Science. I det amerikanske Department of Energy-finansierede undersøgelse, holdet fokuserede på Delaware-bassinet i det vestlige Texas, et af de mest produktive og ukonventionelle kulbrintefelter i USA.

Siden 2010 har bassinet har oplevet en betydelig stigning i lavt spildevandsinjektion og udbredt dyb seismicitet, inklusive den nylige hændelse på 5,0 i størrelsesordenen nær Mentone, Texas. De fleste jordskælv var relativt små, men nogle har været store og bredt følt.

"Det er ret interessant, at injektion over det tykke, generelt lavpermeabilitet skiferreservoir kan fremkalde et jordskælv i den dybe kælder, på trods af en minimal hydraulisk forbindelse, " sagde Zhai. "Det, vi har fundet, er, at de såkaldte poroelastiske spændinger kan aktivere kælderfejl, som stammer fra væskeinjektionen, der forårsager stendeformation."

Poroelasticitet er den resulterende vekselvirkning mellem væskestrøm og faste deformationer i en porøs formation, her sandsten. "Dette fund er vigtigt, fordi det sætter poroelastiske spændinger i søgelyset som den vigtigste drivkraft for jordskælv i bassinet, " sagde Shirzaei, som også er tilknyttet fakultetsmedlem af Virginia Tech Global Change Center.

Endnu, at forudsige mængden af ​​seismisk aktivitet fra spildevandsinjektion er problematisk, fordi det involverer adskillige variabler, en af ​​dem er injektionsdybde, sagde Zhai. Selvom det er velkendt, at stigning i væsketryk på grund af dyb injektion er den dominerende årsag til den seneste stigning i seismicitet i det centrale og østlige USA, det er stadig tvivlsomt, præcis hvordan lavvandede injektioner forårsager jordskælv.

Under studiet, holdet så på, hvordan varierende mængder af injiceret saltlage forstyrrede skorpespændingerne dybt under Delaware-bassinet, og hvordan disse forstyrrelser fører til jordskælv på en given forkastning. Tilføjet Zhai, "Væsker som saltlage og naturligt grundvand kan både lagres og bevæge sig gennem klipper, der er porøse."

Trioen brugte dataanalyse og computermodellering til at efterligne det store volumen af ​​væskeudvinding fra skiferreservoirer fra mere end 1, 500 skiferproduktionsbrønde i løbet af 1993 til 2020, med 400 brønde, der injicerer saltvand i sandstensformationer fra 2010 til 2020. For at gøre scenariet realistisk, modellen inkluderede de mekaniske egenskaber af sten i Delaware-bassinet, sagde Shirzaei.

Holdet fandt ud af, at jordskælvene i bassinet hovedsageligt forekommer, hvor den dybe stress stiger på grund af lav indsprøjtning. Det betyder, at der er en årsagssammenhæng mellem dybe jordskælv og lavvandet væskeinjektion via elastisk spændingsoverførsel.

"Den dybe spændingsændring er følsom over for egenskaber af lavvandede akviferer, især den hydrauliske diffusivitet, som beskriver den lette væskestrøm i porøst medium, "Manga sagde. "Et spørgsmål at stille er, hvorfor nogle områder, der er vært for masser af lavvandede injektioner, mangler seismicitet. Vores tilgang tilbyder en måde at undersøge andre væsentlige faktorer, der kontrollerer inducerede jordskælv."

Ud over menneskelige indgreb, selve de tektoniske indstillinger hjælper også med at forudbestemme størrelsen og sandsynligheden for jordskælvet, sagde Shirzaei. Denne undersøgelse og fremtidige arbejde vil give en levedygtig måde at vurdere inducerede seismiske farer, kombinere naturlige og menneskelige faktorer. Det ultimative mål:at minimere farerne ved bortskaffelse af spildevand under naturgasproduktion indtil langsigtet, vedvarende energiteknologier bliver tilgængelige for alle.

"Efterhånden som fremtidens energibehov stiger globalt, at håndtere den enorme mængde af samproduceret spildevand er fortsat udfordrende, og sikker overfladisk injektion til bortskaffelse er mere omkostningseffektiv end dyb injektion eller vandbehandling, " sagde Zhai. "Vi håber, at den mekanisme, vi finder i denne undersøgelse, kan hjælpe folk med at genoverveje, hvordan inducerede jordskælv er forårsaget, til sidst at hjælpe med bedre at forstå dem og mindske deres farer."