Stigningen af ​​injektionsinducerede jordskælv i USA

I løbet af det sidste årti oplevede mennesker, der bor i det centrale USA, mange flere små til mellemstore jordskælv end nogensinde før. Selvom Oklahoma f.eks. Ligger langt fra grænserne mellem tektoniske plader, begyndte seismisk aktivitet at stige der omkring året 2009 og toppede i løbet af 2015 og begyndelsen af ​​2016. Før 2009 oplevede Oklahoma typisk kun et eller to små jordskælv med en styrke større end 3,0 Per år. I 2015 var dette antal steget til mere end 900 jordskælv årligt, hvoraf 30 havde en øjeblikkelig styrke større end 4,0 (hvilket er stærkt nok til at forårsage ruin). Et jordskælv med en styrke på 5,7 ramte nær byen Prag, Okla., I 2011 på grund af en allerede eksisterende fejl og forårsagede alvorlige skader på flere huse og skolebygninger. I løbet af de sidste seks år blev der dokumenteret mere end 1.500 rapporter om destruktive rystehændelser i tidligere fredelige områder. Denne øgede seismicitet blev sandsynligvis skabt af menneskelige industrielle aktiviteter. Cirka otte millioner mennesker boede i områderne med øgede jordskælv, og embedsmænd med ansvar for den offentlige sikkerhed ønskede at forstå årsagerne til stigningen og de potentielle trusler mod samfundet.

Årsager til inducerede jordskælvshændelser.

Jordforskere tog på sig udfordringen til bedre at forstå inducerede jordskælv. Videnskabelig dokumentation havde vist, at nogle jordskælv var forårsaget af menneskelige industrielle aktiviteter, for det meste fra bortskaffelse ved injektion af salt spildevand ekstraheret med olie og gas i produktionsbrønde. De fleste inducerede jordskælv antages at være genereret af ændringer i væsketryk nær forudgående dybe fejl. Spildevandsvæsker i dybe bortskaffelsesbrønde var ofte placeret mere end en kilometer under jorden, og bortskaffelse af spildevand øgede trykket på væsker, der allerede optog porerummet. Den presstigning, der ikke er blevet presset eller svækket fejlen, hvilket gjorde det lettere for et jordskælv at finde sted.

Denne hypotese, der forklarede årsagen til inducerede jordskælv, blev valideret i et Rangely, Colo.-Eksperiment fra 1969, hvor fluidtrykket i et reservoir blev hævet og sænket ved pumpning. Jordskælv blev hyppigere, når trykket blev hævet, som hypotesen forudsagde, og sjældent, når trykket blev sænket. Hydraulisk brud (fracking) - en gas- og olieudvindingsproces, der bruger væskeinjektion til at åbne sprækker i sten for at lade fanget gas eller råolie strømme gennem et rør til et brøndhoved ved overfladen - viste sig også at forårsage jordskælv og blev fundet at være den primære årsag til inducerede jordskælv i British Columbia og det vestlige Alberta samt nogle steder i USA Fracking, selv, var dog ikke den primære årsag til induceret jordskælvaktivitet i Oklahoma og flere andre steder i USA, hvor jordskælvene hovedsageligt havde resultatet af spildevandsinjektion. Et bemærkelsesværdigt jordskælv med væskeekstraktion, en begivenhed på størrelse med 4,8, fandt sted i oktober 2011 nær Fashing, Texas. Andre inducerede jordskælv blev udløst af fyldning af reservoirer i Nevada og South Carolina. I de fleste tilfælde stimulerer sådanne industrielle aktiviteter ikke jordskælv. Væskeinjektionshastigheder og -mængder, fejlorientering, akkumulerede spændinger og stenegenskaber skal alle være optimale for at inducere jordskælv.

Forskere havde undersøgt fejl og både naturlige og inducerede jordskælv for bedre at forstå og forudsige størrelser og placeringer af fremtidige inducerede jordskælv. Størrelsen eller størrelsen af ​​jordskælvet er relateret til det område, der sprænger på fejlen. Forskere undersøgte optegnelser over flere eksempler på historiske naturlige jordskælv, der var sket i løbet af de sidste 300 år i det centrale og østlige USA, herunder en begivenhed med en styrke på 7,3 i 1886 nær Charleston, SC, og den række af chok i størrelsesordenen 7,5, der ramte i 1811–12 nær New Madrid, Mo. Jordskælv i det østlige Nordamerika forekom i form af sværme af seismisk aktivitet på ukendte fejl i det centrale Virginia, det østlige Tennessee, det østlige Canada og New England. Mange af disse begivenheder foregik for industrielle aktiviteter og var derfor sandsynligvis ikke relateret til menneskelige aktiviteter. I løbet af de sidste par år havde forskere drøftet, om inducerede jordskælv kunne udløse store jordskælv på nærliggende gamle fejl, hvor opbyggede spændinger var klar til at blive frigivet. Jordskælvet i Prag, Okla. 2011, besvarede dette spørgsmål ved at demonstrere, at jordskælv op til 5,7 i styrke kunne sprænge ved forudgående lange fejl. Derfor var tilstedeværelsen af ​​gamle fejl en vigtig faktor i nøjagtigt forudsigelse af et jordskælvets størrelse. Størrelsen og placeringen af ​​fejl forblev imidlertid dårligt forstået mange steder i det centrale og østlige USA, såsom Oklahoma, og videnskabelig indsats blev i gang af US Geological Survey, andre statslige og føderale agenturer og akademiske institutioner og i partnerskab med olieindustrien for at identificere placeringerne af de steder, der potentielt var mest farlige.

Begivenheden i Prag i 2011 var det største jordskælv, der blev induceret i USA, indtil et jordskælv på 5,8 forekom i 2016 i nærheden af ​​Pawnee, Oklahoma, som kan være blevet induceret. Der blev dog observeret stærkere inducerede jordskælv andre steder. I Koynanagar, Indien, i 1967, formodes en ødelæggende rystelse med en styrke på 6,3 at være udløst af høje niveauer af vand lagret i et reservoir, og gasudtagningsaktivitet i Uzbekistan var sandsynligvis årsagen til skadelige naturlige jordskælv i størrelsesordenen 7.0 i 1976 og 1984. Sådanne data antydede, at inducerede jordskælv større end Prag var mulige. Derudover genkendte geologer fejl og forhistoriske jordskælvsbrud genereret af jordskælv i størrelsesorden 7,0 i Oklahoma og Colorado. Undersøgelser af jordskælv i kontinentale interiører uden for USA viste, at så store naturlige jordskælv var mulige langt fra pladegrænser. Mange forskere troede, at inducerede jordskælv også kunne udløse store jordskælv på uopdagede gamle fejl. Skulle en induceret begivenhed med en styrke større end 5,6 resultere, ville den dog mere sandsynligt have en styrke nærmere 6,0 end 7,0, svarende til inducerede jordskælv i analoge regioner.

Forøgelse af jordskælvsfaren.

Både inducerede og naturlige jordskælv forårsager lignende niveauer af jordrystning. Sammenlignet med naturlige jordskælv er inducerede jordskælv dog ofte lavere og ryster muligvis ikke jorden så voldsomt langt fra jordskælvets episenter. Selvom der var observeret subtile forskelle i ryster mellem de to typer, var der behov for mere forskning for at forstå disse rystende egenskaber.

Fremskrivninger af jordskælv udført af den amerikanske geologiske undersøgelse indikerede, at inducerede jordskælv øgede faren i Oklahoma og andre steder, hvor industrielle processer påvirker spændinger i jorden, som vist i 2016-års prognosen for både inducerede og naturlige jordskælv. Fareberegningen krævede oplysninger om hvor og hvor ofte jordskælv kunne forekomme, deres maksimale størrelse og de sandsynlige niveauer af jordskælv. For at forudsige frekvensen af ​​induceret jordskælv i 2016 overvejede videnskabsmænd stærkt jordskælvfrekvensen i 2015, brugte seismologisk standard teori - med de største inducerede jordskælv forventet generelt at have en styrke mindre end eller lig med 6,0 ​​- og anvendte en ny jordbevægelsesmodel, der leverede bedre estimater af ryster ved lavt jordskælv.

Resultaterne afslørede, at Oklahoma, Kansas, Texas, Arkansas, New Mexico og Colorado havde en større end 1 ud af 100 chance for at ryste skader i løbet af 2016, med de største chancer (ca. 1 ud af 10) forekommende i dele af det nordlige Oklahoma og det sydlige Kansas. De inducerede jordskælv, der blev projiceret af prognosen, viste sig at være ret i stand til at forårsage ruin i den region, hvis den industrielle aktivitet fortsatte uformindsket. På baggrund af disse fremskrivninger blev de færreste overrasket, da et jordskælv på 5,1 ramte nær Fairview, Okla., Den 13. februar.

Jordskælvsfrekvensen i regionen så imidlertid ud til at falde mellem 2015 og 2016. I løbet af første halvdel af 2016 faldt antallet af jordskælv, der forekommer nær Irving og Dallas, fra ca. fire begivenheder med en styrke på 3,0 eller større til nul. Denne reduktion kan muligvis relateres til prisen på olie (som faldt markant i 2015 og 2016 og dermed reducerede ekstraktion og spildevandsindsprøjtning) og lovgivningsmæssige handlinger, der reducerede mængden af ​​spildevand, der pumpes i dybe borehuller. De oprindelige data gav håb om, at antallet af inducerede jordskælv fortsat ville falde i 2016; Imidlertid fortsatte injektionsaktiviteter i områder med høje seismicitetshastigheder, og det var ikke kendt, om lavere injektionsvolumen ville eliminere inducerede jordskælv eller bare forsinke dem.

Mens stigningerne i induceret jordskælvsfrekvens var mest bemærkelsesværdige i det centrale USA, var inducerede jordskælv også blevet observeret på flere steder i Californien, herunder Geysere og Coso geotermiske energiområder. Derudover viste en 2015-undersøgelse mindre ændringer i antallet af jordskælv i det sydlige Californien og bemærkede, at der kunne forekomme yderligere induceret aktivitet nær steder med olieudvindingsaktiviteter. Da antallet af naturlige jordskælv i dette område var meget højere end i det centrale USA, var det vanskeligere at identificere, hvilke jordskælv der blev induceret, og hvilke der var naturlige. Forskere fortsatte med at undersøge inducerede jordskælv for bedre at afbøde fremtidige jordskælvseffekter.