Naukowcy odkrywają źródło tajemniczych trzęsień ziemi

Nowe badania sugerują, że szczelinowanie hydrauliczne, nawet przy użyciu ciekłego dwutlenku węgla, powoduje niewielkie wstrząsy, których wcześniej nie przypisywano wyraźnie temu procesowi. Chociaż szczelinowanie CO2 może sekwestrować węgiel, co jest korzystne dla środowiska, zarówno hydroszczelinowanie CO2, jak i hydroszczelinowanie na bazie wody może prowadzić do tych wstrząsów, co może skutkować większymi, szkodliwymi trzęsieniami ziemi.

Nowe badania potwierdziły, że szczelinowanie hydrauliczne jest odpowiedzialne za powolne, niewielkie trzęsienia ziemi lub wstrząsy, które wcześniej były niewyjaśnione. Wstrząsy powstają w wyniku tych samych procesów, które mogą wywołać duże, niszczące trzęsienia ziemi.

Szczelinowanie hydrauliczne polega na silnym wstrzykiwaniu płynów pod ziemię w celu wydobycia ropy i gazu ziemnego. Chociaż zazwyczaj przeprowadza się to przy użyciu ścieków, w tym konkretnym badaniu analizowano wyniki w przypadku stosowania ciekłego dwutlenku węgla. Metoda ta wpycha węgiel głębiej w Ziemię, zapobiegając jego przyczynianiu się do zatrzymywania ciepła w atmosferze.

Z odrobiną SzacunkiKraking dwutlenku węgla mógłby zaoszczędzić tyle węgla rocznie, co miliard paneli słonecznych. Dla środowiska korzystne jest wykonywanie szczelinowania przy użyciu ciekłego dwutlenku węgla w porównaniu ze ściekami, które nie zatrzymują węgla z dala od atmosfery.

„Ponieważ w tym badaniu analizowany jest proces podziemnej sekwestracji węgla, może to mieć pozytywne implikacje dla zrównoważonego rozwoju i nauk o klimacie” – powiedział Abhijit Ghosh, adiunkt geofizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside i współautor badania w dziennik. Nauki.

Ghosh stwierdził, że ponieważ dwutlenek węgla jest cieczą, wyniki tego badania prawie na pewno odnoszą się do szczelinowania hydraulicznego z użyciem wody. Obydwa mogą powodować drżenie.

Na sejsmografie trzęsienia ziemi i regularne wstrząsy wyglądają inaczej. Duże trzęsienia ziemi powodują ostre wstrząsy z impulsami o dużej amplitudzie. Wstrząsy są łagodniejsze, narastają powoli ponad hałas tła ze znacznie niższą amplitudą, a następnie powoli maleją.

Platforma wiertnicza gazu łupkowego (szczelinowanie) w pobliżu Alvarado w Teksasie. Źródło: Loadmaster (David R. Tribble)

„Cieszymy się, że możemy teraz wykorzystać te wstrząsy do śledzenia ruchu płynów powstałych w wyniku szczelinowania hydraulicznego i monitorowania ruchu usterek powstałych w wyniku wtryskiwania płynu” – powiedział Ghosh.

Wcześniej wśród sejsmologów toczyły się kontrowersje dotyczące źródła trzęsień ziemi. Podczas gdy niektóre artykuły dowodziły, że sygnały wstrząsów były spowodowane dużymi trzęsieniami ziemi, które miały miejsce tysiące kilometrów dalej, inne uważały, że mogą być spowodowane hałasem generowanym przez działalność człowieka, na przykład ruch pociągów lub maszyn przemysłowych.

„Sejsmografy nie są inteligentne. Można podjechać w pobliżu ciężarówki lub kopnąć ją stopą, a ona zarejestruje te wibracje” – powiedział Ghosh. „Dlatego przez jakiś czas nie wiedzieliśmy na pewno, czy sygnały są powiązane z zastrzyk płynu.”

Aby określić jego źródło, badacze wykorzystali sejsmometry zainstalowane w pobliżu miejsca szczelinowania hydraulicznego w Wellington w stanie Kansas. Dane obejmowały cały sześciomiesięczny okres szczelinowania, a także miesiąc przed i miesiąc po szczelinowaniu.

Po wyeliminowaniu szumu tła zespół wykazał, że pozostałe sygnały były generowane pod ziemią i pojawiały się tylko podczas wstrzykiwania płynu. „Nie wykryliśmy drżenia przed ani po wstrzyknięciu, co sugeruje, że drżenie jest z tym powiązane” – powiedział Ghosh.

Od pewnego czasu wiadomo, że szczelinowanie hydrauliczne może powodować większe trzęsienia ziemi. Aby zapobiec ześlizgiwaniu się uskoków pod ziemię i powodowaniu wstrząsów, jedną z opcji jest zaprzestanie szczelinowania hydraulicznego. Ponieważ jest to mało prawdopodobne, Ghosh twierdzi, że ważne jest monitorowanie tych działań, aby zrozumieć, w jaki sposób skały odkształcają się i śledzić ruch płynów po wstrzyknięciu.

Można przeprowadzić eksperymenty modelowe, aby pomóc firmom określić, jakich ciśnień wtrysku płynu nie należy przekraczać. Utrzymanie się w tych granicach pomaga zapewnić, że płyny nie przemieszczają się w kierunku dużych podziemnych uskoków, co prowadzi do szkodliwej aktywności sejsmicznej. Jednak nie wszystkie błędy zostały naprawione.

„Możemy modelować tego typu eksperymenty tylko wtedy, gdy wiemy, że wystąpił błąd. Możliwe, że występują błędy, o których nie wiemy, i w takich przypadkach nie możemy przewidzieć, co się stanie” – powiedział Ghosh.

Odniesienie: „Sygnały drgań podczas wtryskiwania płynu są generowane przez poślizg usterki”, Shanku Neogi, Abhijit Ghosh, Abhash Kumar i Richard W. Hammack, 3 sierpnia 2023 r., Nauki.
doi: 10.1126/science.adh1331