A befecskendezés okozta földrengések növekedése az Egyesült Államokban

Az elmúlt évtized során az Egyesült Államok központi részén élő emberek sokkal több kicsi vagy közepes méretű földrengést tapasztaltak, mint valaha. Például, bár az Oklahoma távol esik a tektonikus lemezek közötti határoktól, a szeizmikus aktivitás ott körülbelül 2009-ben kezdett növekedni, és 2015-ben és 2016 elején tetőzött. 2009 előtt Oklahoma általában csak egy vagy két kisebb földrengést tapasztalt, amelynek nagysága nagyobb, mint 3,0. évente. 2015-re ez a szám évente több mint 900 földrengésre emelkedett, amelyek közül 30-ban egy 4,0-nél nagyobb pillanat-erősségű volt (ami elég erős ahhoz, hogy tönkremenjen). Az 5,7-es erősségű földrengés 2011-ben Okla városában, Prága városában ütközött egy már létező hibára, és súlyos károkat okozott több háznak és iskolaépületnek. Az elmúlt hat évben a korábban békés területeken több mint 1500 pusztító rázó eseményről szóló jelentést dokumentáltak. Ezt a megnövekedett szeizmikus hatást valószínűleg az emberi ipari tevékenységek eredményezték. Körülbelül nyolc millió ember élt a fokozott földrengésekkel sújtott területeken, és a közbiztonságért felelős tisztviselők meg akarták érteni a növekedés okait és a társadalmat fenyegető lehetséges veszélyeket.

A kiváltott földrengés okai.

A földtudósok vállaltak egy olyan kihívást, hogy jobban megértsék az indukált földrengéseket. A tudományos bizonyítékok kimutatták, hogy néhány földrengést emberi ipari tevékenységek okoztak, elsősorban az olajjal és gázzal extrahált sós szennyvíz ártalmatlanításával a termelési kutakban. Úgy gondolták, hogy a legtöbb indukált földrengést a már fennálló mély hibák közelében a folyadéknyomás változásai okozzák. A szennyvíztisztító folyadékok a mély ártalmatlanítási kutakban gyakran több mint egy mérföld alatt helyezkedtek el, és a szennyvíz ártalmatlanítása megnövelte a pórus helyét már elfoglaló folyadékok nyomását. Ez a nyomásnövekedés nem rögzítve, vagy gyengítette a hibát, ezáltal megkönnyítve a földrengést.

Ezt a hipotézist, amely magyarázza az indukált földrengések okát, egy 1969-es Rangely, Colo. Kísérletben validálták, amelynek során a tartályban a folyadéknyomást szivattyúzással megemelték és csökkentették. A földrengések gyakoribbak lettek, amikor a nyomást megemelték, amint azt a hipotézis előre jelezte, és ritkák, amikor a nyomást csökkentették. Hidraulikus repesztés (frakcionálás) - egy gáz- és kőolaj-visszanyerési eljárás, amely folyadék befecskendezésével nyitja meg a kőzetben lévő repedéseket, hogy a csapdába eső gáz vagy nyersolaj a csővezetéken keresztül áramolhasson a felszínen lévő kútfejen keresztül - szintén földrengéseket okozott, és a Brit Kolumbiában és Nyugat-Albertában, valamint az Egyesült Államok egyes helyszínein, valamint néhány USA-n belüli földrengés elsődleges oka. A Fracking azonban nem az elsődleges oka az Oklahomában és az Egyesült Államok számos más helyének, ahol a földrengések főként a földrengések okoztak szennyvíz befecskendezéséből származik. Egy figyelemre méltó folyadék extraháló földrengés, 4,8-es erősségű eseményre került sor 2011. októberében, a texasi Fashing közelében. Egyéb indukált földrengéseket a Nevada és Dél-Karolina tározók feltöltése váltott ki. Az ilyen ipari tevékenységek a legtöbb esetben nem ösztönzik a földrengéseket. A folyadékbefecskendezés sebességének és térfogatának, a hibaorientációnak, a felhalmozódott feszültségeknek és a kőzet tulajdonságainak mind optimálisnak kell lenniük a földrengések kiváltására.

A tudósok megvizsgálták a hibákat, valamint a természetes és az indukált földrengéseket, hogy jobban megértsék és megjósolják a jövőbeli földrengések méretét és helyét. A földrengés nagysága vagy nagysága a hibán repedő területtel függ össze. A tudósok megvizsgálták az Egyesült Államok közép- és keleti részén az elmúlt 300 évben történt történelmi természetes földrengések számos példáját, ideértve a 7,3-es erősségű eseményt 1886-ban 1886-ban Charleston közelében (SC) és a 7,5 nagyságrendű sokksorozatot, amely 1811–12. Új-Madrid közelében, Mo. Észak-Amerika keleti földrengései szeizmikus aktivitási raj formájában jelentkeztek felismerhetetlen hibákra Virginia központjában, Tennessee keleti részén, Kanada keleti részén és Új-Angliában. Az események közül sok az ipari tevékenységeket megelőzte, és valószínűleg nem voltak összefüggésben az emberi tevékenységekkel. Az elmúlt néhány évben a tudósok megvitatták, vajon az indukált földrengések nagy földrengéseket okozhatnak-e közeli ősi hibák során, amelyekben a felépített feszültségek felszabadulásra készek voltak. A 2011. évi prágai Oklaszági földrengés megválaszolta ezt a kérdést azzal, hogy bebizonyította, hogy az 5.7-es földrengések felszakadhatnak a már fennálló hosszú hibák miatt. Ezért az ősi hibák jelenléte fontos tényező volt a földrengés méretének pontos előrejelzésében. A hibák nagyságát és helyét azonban az Egyesült Államok közép- és keleti részén, például Oklahomában sok helyen nem értették jól, és az Egyesült Államok Geológiai Szolgálata, más állami és szövetségi ügynökségek, valamint tudományos intézmények és a a kőolajipar számára, hogy meghatározzák azokat a helyeket, amelyek potenciálisan a legveszélyesebbek.

A 2011. évi prágai esemény volt a legnagyobb nyilvánvalóan kiváltott földrengés az Egyesült Államokban mindaddig, amíg az Oklahomában Pawnee közelében 2016-ban 5,8-es földrengés történt, amelyet esetleg kiváltottak. Erõsebb földrengéseket azonban máshol is megfigyeltünk. Az indiai Koynanagar közelében, 1967-ben, a tartályban tárolt magas vízmennyiség feltételezhetően pusztító, 6,3-as nagyságrendű remegést váltott ki, és Üzbegisztánban a gázkivonási tevékenységek valószínűleg okozták az 1976-os 7,0-es erősségű természetes földrengéseket. Ezek az adatok arra utaltak, hogy a prágainál nagyobb földrengések indultak. A geológusok emellett felismerték az Oklahoma és a Colorado-i 7,0-es erősségű földrengések által előidézett hibákat és az őskori földrengés-töréseket. Az Egyesült Államokon kívüli kontinentális belső terekben zajló földrengések vizsgálata kimutatta, hogy ilyen nagy természetes földrengések lehetségesek voltak a tányérok határaitól távol. Sok tudós úgy gondolta, hogy az indukált földrengések nagy földrengéseket is kiválthatnak a fel nem fedezett ősi hibák során. Ha azonban egy indukált esemény 5,6-nél nagyobb magnitúdójú eredményt eredményez, akkor valószínűbb, hogy a magnitúdója 6,0-re közelebb áll, mint 7,0-hoz, hasonlóan az analóg régiókban indukált földrengésekhez.

A földrengés veszélyének fokozása.

Mind az indukált, mind a természetes földrengések hasonló szintű talajremegést okoznak. A természetes földrengésekkel összehasonlítva azonban az indukált földrengések gyakran sekélyek, és előfordulhat, hogy nem rázják meg a talajt hevesen távol a földrengés epicentrumaitól. Bár a két típus közötti apró eltéréseket észleltek a rázásban, további kutatásokra volt szükség a rázó tulajdonságok megértéséhez.

Az Egyesült Államok Földtani Felügyelete által készített földrengés előrejelzései szerint az indukált földrengések fokozott veszélyt jelentenek Oklahomában és más helyeken, ahol az ipari folyamatok befolyásolják a földi feszültségeket, amint azt a 2016. évi egyéves előrejelzés mutatja mind az indukált, mind a természetes földrengések esetében. A veszély kiszámításához információra volt szükség arról, hogy a földrengések hol és milyen gyakran fordulhatnak elő, azok maximális méretéről és a talaj remegésének valószínű szintjeiről. A 2016. évi indukált földrengés gyakoriságának előrejelzéséhez a tudósok nagymértékben figyelembe vették a 2015. évi földrengés gyakoriságát, szabványos szeizmológiai elméletet alkalmaztak - a legnagyobb indukált földrengéseknek, amelyek várhatóan általában 6,0-nál kisebb vagy azzal megegyező nagyságrendűek voltak -, és új földmozgási modellt alkalmaztak, amely jobb becslések a sekély földrengések rázásáról.

Az eredmények azt mutatták, hogy Oklahoma, Kansas, Texas, Arkansas, Új-Mexikó és Colorado nagyobb volt, mint 1 100 esélye rázás közben megsérüljön 2016 a legnagyobb esélyük arra, (körülbelül 1 10) előforduló részén Észak Oklahoma és déli Kansas. Az előrejelzés szerint előre jelzett földrengések eléggé képesek romolni ebben a régióban, ha az ipari tevékenység folytatódik. Ezen előrejelzések alapján kevesen voltak meglepve, amikor február 13-án 5,1-es erősségű földrengés csapott fel az Oklai állambeli Fairview közelében.

A földrengések gyakorisága azonban ebben a régióban 2015 és 2016 között csökkenni látszik. 2016 első felében például például az Irving és Dallas közelében bekövetkező földrengések száma körülbelül négy, 3,0 vagy annál nagyobb erősségű eseményről nullára esett vissza. Ez a csökkentés összefügghet az olaj árával (amely 2015-ben és 2016-ban jelentősen csökkent, ezáltal csökkentve a kitermelést és a szennyvíz befecskendezését), és a szabályozási intézkedésekkel, amelyek csökkentik a mély fúrásokba pumpálandó szennyvíz mennyiségét. A kezdeti adatok abban reménykedtek, hogy az indukált földrengések aránya 2016-ban továbbra is csökkenni fog; Az injektálási tevékenységek azonban továbbra is folytatódtak a magas szeizmikus képességű területeken, és nem volt ismert, hogy az alacsonyabb injektálási mennyiségek kiküszöbölik-e az indukált földrengéseket, vagy csak késleltetik őket.

Míg az indukált földrengés gyakoriságának növekedése a leginkább az Egyesült Államok középső részén volt észrevehető, addig az indukált földrengéseket Kaliforniában több helyszínen is megfigyelték, ideértve a gejzíreket és a koszo geotermikus energia területeit. Ezenkívül egy 2015-ös tanulmány kismértékű változásokat mutatott a Kalifornia déli környékén zajló földrengések gyakoriságában, és rámutatott, hogy további indukált aktivitás fordulhat elő kőolajkitermelő tevékenységekkel rendelkező helyek közelében. Mivel a természetes földrengések aránya ezen a területen sokkal magasabb volt, mint az Egyesült Államok középső részénél, nehezebb azonosítani, mely földrengéseket okozták és melyek a természetesek. A tudósok folytatta az indukált földrengések vizsgálatát, hogy jobban mérsékeljék a jövőbeli földrengés hatásait.