Vzostup zemetrasení vyvolaných vstrekovaním v USA

Počas posledných desiatich rokov ľudia žijúci v stredných USA zažili oveľa viac zemetrasení menších až stredne veľkých rozmerov ako kedykoľvek predtým. Napríklad, hoci Oklahoma leží ďaleko od hraníc medzi tektonickými doskami, seizmická aktivita sa tam začala zvyšovať približne v roku 2009 a vrcholila v roku 2015 a začiatkom roku 2016. Pred rokom 2009 Oklahoma zvyčajne zažila iba jedno alebo dve malé zemetrasenia s magnitúdou väčšou ako 3,0. za rok. Do roku 2015 sa tento počet zvýšil na viac ako 900 zemetrasení ročne, z toho 30 z nich malo moment väčší ako 4,0 (čo je dosť silné na to, aby spôsobilo zrúcaninu). V roku 2011 došlo v blízkosti mesta Praha v Okla. K nárazu zemetrasenia o veľkosti 5,7, ktorý spôsobil vážnu škodu na niekoľkých domoch a školských budovách. Počas uplynulých šiestich rokov bolo v mierových oblastiach zdokumentovaných viac ako 1 500 správ o deštruktívnych otrasoch. Táto zvýšená seizmicita bola pravdepodobne spôsobená ľudskými priemyselnými činnosťami. Asi 8 miliónov ľudí žilo v oblastiach so zvýšeným zemetrasením a úradníci zodpovední za verejnú bezpečnosť chceli pochopiť dôvody tohto zvýšenia a potenciálne hrozby pre spoločnosť.

Príčiny vyvolaných zemetrasení.

Vedci Zeme prijali výzvu, aby lepšie porozumeli indukovaným zemetraseniam. Vedecké dôkazy preukázali, že niektoré zemetrasenia boli spôsobené ľudskými priemyselnými činnosťami, väčšinou v dôsledku likvidácie slanej odpadovej vody extrahovanej ropou a plynom vo výrobných studniach. Väčšina indukovaných zemetrasení sa považovala za príčinu zmien tlaku tekutín v blízkosti už existujúcich hlbokých porúch. Kvapaliny odpadovej vody v hlbokých úložiskách boli často umiestnené viac ako kilometer pod zemou a likvidácia odpadovej vody zvýšila tlak na tekutiny, ktoré už zaberajú póry. Toto zvýšenie tlaku uvoľnilo alebo oslabilo chybu, čím uľahčilo zemetrasenie.

Táto hypotéza vysvetľujúca príčinu indukovaného zemetrasenia bola potvrdená v experimente Rangely v štáte Colombo v roku 1969, v ktorom bol tlak tekutiny v nádrži zvýšený a znížený čerpaním. Zemetrasenia sa stali častejšie, keď sa zvýšili tlaky, ako sa predpokladalo, a zriedkavé, keď sa tlaky znížili. Hydraulické štiepenie (štiepenie) - proces získavania plynu a ropy, ktorý využíva vstrekovanie tekutín na otváranie puklín v hornine, aby zachytený plyn alebo ropa mohla prúdiť potrubím do studne na povrchu - sa tiež ukázalo, že spôsobuje zemetrasenie. byť hlavnou príčinou indukovaných zemetrasení v Britskej Kolumbii a západnej Alberte, ako aj na niektorých lokalitách v USA. Fracking samotný však nebol primárnou príčinou indukovanej zemetrasenia v Oklahome a na niekoľkých ďalších miestach v USA, kde zemetrasenia prevažovali je výsledkom vstrekovania odpadovej vody. V októbri 2011 sa v blízkosti mesta Fashing v Texase uskutočnilo jedno významné zemetrasenie zamerané na extrakciu tekutín, ktoré sa týka udalosti 4,8. Ďalšie vyvolané zemetrasenia boli vyvolané naplnením nádrží v Nevade a Južnej Karolíne. Vo väčšine prípadov takéto priemyselné činnosti nestimulujú zemetrasenie. Rýchlosti a objemy vstrekovania tekutín, orientácie porúch, akumulované napätia a vlastnosti hornín musia byť optimálne, aby vyvolali zemetrasenie.

Vedci študovali poruchy a prírodné a indukované zemetrasenia, aby lepšie porozumeli a predpovedali veľkosť a umiestnenie budúcich zemetrasení. Rozsah alebo veľkosť zemetrasenia súvisí s oblasťou, ktorá sa rozbije pri poruche. Vedci preskúmali záznamy niekoľkých príkladov historického prírodného zemetrasenia, ku ktorým došlo v posledných 300 rokoch v strednej a východnej časti USA, vrátane udalosti veľkosti 7,3 v roku 1886 v blízkosti Charlestonu v štáte SC a série šokov o veľkosti 7,5, ktoré zasiahli 1811 - 12 neďaleko Nového Madridu sa zemetrasenia vo východnej severnej Amerike vyskytli vo forme rojov seizmickej aktivity na nerozpoznaných chybách v centrálnej Virgínii, východnej Tennessee, východnej Kanade a novej Anglicku. Mnohé z týchto udalostí predchádzali priemyselným činnostiam, a preto s najväčšou pravdepodobnosťou nesúviseli s ľudskými činnosťami. V posledných rokoch vedci diskutovali o tom, či by vyvolané zemetrasenie mohlo spôsobiť veľké zemetrasenie na blízkych starodávnych chybách, v ktorých boli pripravené uvoľnené napätia. Zemetrasenie v Prahe v roku 2011, Okla., Odpovedalo na túto otázku tým, že preukázalo, že zemetrasenia až do hodnoty 5,7 by mohli prasknúť pri predchádzajúcich dlhých chybách. Preto prítomnosť starodávnych porúch bola dôležitým faktorom pri presnom predpovedaní veľkosti zemetrasenia. Na mnohých miestach v strednej a východnej časti USA, napríklad v Oklahome, však veľkosť a lokalizácia porúch zostala nedostatočne pochopená a vedecké úsilie vyvíjala geologická služba USA, ďalšie štátne a federálne agentúry a akademické inštitúcie a v spolupráci s ropný priemysel s cieľom identifikovať miesta, ktoré boli potenciálne najnebezpečnejšie.

Pražské podujatie v roku 2011 bolo najväčším zaznamenaným zemetrasením v USA, až kým v roku 2016 nedošlo k zemetraseniu veľkosti 5,8 blízko Pawnee v Oklahome, ktoré mohlo byť vyvolané. Silnejšie indukované zemetrasenie sa však pozorovalo inde. Blízko Koynanagaru v Indii bolo v roku 1967 podozrenie, že bol vyvolaný ničivý rozsah chvosta s magnitúdou 6,3, ktorý bol spôsobený vysokými hladinami vody uloženými v zdrži, a činnosť v oblasti ťažby zemného plynu v Uzbekistane bola pravdepodobne príčinou škodlivého zemetrasenia s magnitúdou v roku 1976 a 1984. Také údaje naznačujú, že je možné dosiahnuť väčšie zemetrasenia ako v Prahe. Okrem toho geológovia rozpoznali poruchy a prehistorické zemetrasenia, ktoré spôsobili zemetrasenia s magnitúdou 7,0 v Oklahome a Colorado. Štúdie zemetrasení v kontinentálnych interiéroch mimo USA ukázali, že také veľké prírodné zemetrasenia boli možné ďaleko od hraníc dosiek. Mnohí vedci verili, že vyvolané zemetrasenie môže tiež spôsobiť veľké zemetrasenie na neobjavených starodávnych chybách. Ak by však bola vyvolaná udalosť s veľkosťou väčšou ako 5,6, mala by s väčšou pravdepodobnosťou veľkosť blízku 6,0 ako 7,0, podobnú zemetraseniam vyvolaným v analogických oblastiach.

Zvyšovanie nebezpečenstva zemetrasenia.

Indukované a prirodzené zemetrasenia spôsobujú podobné úrovne otrasov. V porovnaní s prírodnými zemetraseniami sú však indukované zemetrasenia často plytšie a nemusia triasť zemou tak prudko ďaleko od epicentra zemetrasenia. Aj keď boli pozorované jemné rozdiely v trasení medzi týmito dvoma typmi, na pochopenie týchto trepacích vlastností bol potrebný ďalší výskum.

Prognózy otrasov zeme uskutočnené americkým geologickým prieskumom naznačili, že indukované zemetrasenia zvýšili riziko v Oklahome a na ďalších miestach, kde priemyselné procesy ovplyvňujú stres v krajine, ako sa uvádza v jednoročnej predikcii 2016 pre indukované a prirodzené zemetrasenia. Výpočet nebezpečenstva vyžadoval informácie o tom, kde a ako často sa môžu vyskytnúť zemetrasenia, ich maximálna veľkosť a pravdepodobné úrovne trasenia zeme. Pri prognóze frekvencie zemetrasenia vyvolanej zemetrasením v roku 2016 vedci intenzívne zvažovali frekvenciu zemetrasenia v roku 2015, použili štandardnú seizmologickú teóriu - s najväčšími očakávanými zemetraseniami, ktoré by mali mať vo všeobecnosti hodnotu menšiu alebo rovnú 6,0 - a použili nový model pozemného pohybu, ktorý poskytol lepšie odhady otrasov pre plytké zemetrasenie.

Z výsledkov vyplynulo, že spoločnosti Oklahoma, Kansas, Texas, Arkansas, Nové Mexiko a Colorado mali v roku 2016 viac ako 1 zo 100 šancu na poškodenie otrasmi, pričom najvyššie šance (asi 1 z 10) sa vyskytli v častiach severného Oklahomy a južného Kansasu., Ukázalo sa, že indukované zemetrasenia, ktoré sa predpokladajú v prognóze, dokážu v tomto regióne spôsobiť zrúcanie, ak bude priemyselná činnosť bezo zmeny. Na základe týchto predpokladov bolo málo ľudí prekvapených, keď 13. februára pri Fairview v Okla. Zasiahlo zemetrasenie s magnitúdou 5,1.

Frekvencia zemetrasení sa však v tomto regióne medzi rokmi 2015 a 2016 znížila. Počas prvej polovice roku 2016 napríklad počet zemetrasení, ku ktorým došlo v blízkosti Irvingu a Dallasu, klesol z približne štyroch udalostí s hodnotou 3,0 alebo vyššou na nulu. Toto zníženie by mohlo súvisieť s cenou ropy (ktorá výrazne klesla v rokoch 2015 a 2016, čím sa zníži ťažba a vstrekovanie odpadovej vody) a regulačnými opatreniami, ktoré znížili objem prečerpávanej vody do hlbokých vrtov. Počiatočné údaje poskytli nádej, že miera indukovaného zemetrasenia sa v roku 2016 bude naďalej znižovať; injekčné aktivity však pokračovali v oblastiach s vysokou mierou seizmicity a nebolo známe, či by menšie injekčné objemy eliminovali vyvolané zemetrasenia alebo ich len oneskorili.

Zatiaľ čo zvýšenie frekvencie indukovaného zemetrasenia bolo najzreteľnejšie v stredných USA, vyvolané zemetrasenie bolo pozorované aj na niekoľkých miestach v Kalifornii, vrátane geotermálnych a geotermálnych oblastí Geysers a Coso. Štúdia z roku 2015 okrem toho ukázala menšie zmeny v miere zemetrasení v južnej Kalifornii a poznamenala, že v blízkosti lokalít s ťažbou ropy sa môže vyskytnúť ďalšia indukovaná aktivita. Keďže miera prírodných zemetrasení v tejto oblasti bola oveľa vyššia ako miera v stredných USA, bolo ťažšie zistiť, ktoré zemetrasenia boli vyvolané a ktoré boli prirodzené. Vedci naďalej skúmali indukované zemetrasenia, aby lepšie zmiernili budúce účinky zemetrasenia.