Geowetenschappers van Stanford hebben een manier bedacht om duizenden zwakke, eerder gemiste aardbevingen veroorzaakt door hydrofracturering, of 'fracken'.

De techniek kan worden gebruikt om seismische activiteiten bij fracking-operaties te monitoren om de kans op grotere, mogelijk schadelijke aardbevingen optreden, volgens de nieuwe studie.

"Deze kleine aardbevingen kunnen werken als kanaries in een kolenmijn, " zei co-auteur van de studie William Ellsworth, een professor (onderzoek) in de geofysica aan de Stanford's School of Earth, Energie &Milieuwetenschappen. "Als ze gebeuren, ze moeten worden gezien als waarschuwende indicatoren voor ondergrondse omstandigheden die kunnen leiden tot grotere aardbevingen."

Bij fracken wordt onder hoge druk vloeistof onder de grond geïnjecteerd om stenen open te breken en het daarin opgesloten aardgas vrij te laten. Als de rotsen kraken, ze produceren kleine aardbevingen die doorgaans te klein waren om te worden gedetecteerd - tot nu toe.

"In onze studie je kunt individuele aardbevingen zien plaatsvinden naast het gedeelte van een put die wordt gefrackt, " zei Stanford-promovendus Clara Yoon, hoofdauteur van de studie gepubliceerd in de Tijdschrift voor Geofysisch Onderzoek .

Aardbevingen in Arkansas

In oktober 2010 bewoners in de buurt van een aardgasveld in Arkansas werden opgeschrikt door een aardbeving met een kracht van 4, die in februari 2011 werd gevolgd door twee grotere naschokken.

Wetenschappers zeggen dat deze grote aardbevingen werden veroorzaakt door injecties van afvalwater van frackingsites in diepe ondergrondse putten. en niet door frackingsoperaties dichter bij de oppervlakte.

"Dit waren enkele van de eerste aardbevingen die verband hielden met de ontwikkeling van schaliegas om nationale aandacht te trekken, ' zei Elsworth.

Aardbevingen van magnitude 4 en hoger hebben vervolgens Oklahoma doen schrikken, Texas en andere gas- en olieproducerende staten.

Datamining

Met behulp van een geavanceerd datamining-algoritme ontwikkeld door Yoon en haar collega's, het Stanford-team voerde een retrospectieve analyse uit van seismische activiteit in Arkansas voorafgaand aan de magnitude 4-gebeurtenis. Het algoritme gebruikt herkenning van aardbevingspatronen om gedetailleerde records van seismische activiteit te genereren.

De analyse volgde seismische gebeurtenissen die werden gegenereerd bij productieputten die fracking gebruikten en bij diepere afvalwaterafvoerputten in de buurt.

"We waren geïnteresseerd in hoe de reeks die leidde tot de aardbeving van magnitude 4 begon, Yoon zei. "We keken naar de vroegste periode van seismische activiteit in 2010, van 1 juni tot 1 september toen afvalwaterinjectie nog maar net begon."

Toen Yoon het algoritme op deze dataset uitvoerde, ze ontdekte meer dan 14, 000 klein, niet eerder gemelde aardbevingen. Door de timing en locatie van de bevingen te vergelijken met vloeistofinjectiegegevens van de staat Arkansas, Yoon kon aantonen dat de meeste aardbevingen het directe gevolg waren van fracking-operaties bij 17 van de 53 productieputten.

"Dat was een verrassing, " zei co-auteur Gregory Beroza, de Wayne Loel hoogleraar geofysica aan Stanford. "Er werd gedacht, en wij dachten, dat vroege aardbevingen in dit gebied verband hielden met afvalwaterinjectie. Maar we ontdekten dat de meerderheid werd veroorzaakt door fracking."

Aanhoudende aardbevingen

Veel van de door fracking veroorzaakte aardbevingen waren ook groter en hardnekkiger dan verwacht - ongebruikelijke eigenschappen die wijzen op mogelijke problemen in de toekomst.

Aardbevingen die door fracken worden gegenereerd, zijn meestal niet groter dan magnitude 0. Dat komt overeen met de hoeveelheid energie die vrijkomt wanneer een melkpak de grond raakt nadat het van een toonbank is gevallen.

Maar verschillende aardbevingen die in de studie werden waargenomen, waren magnitude 1, die 31 keer sterker is dan een aardbeving met een kracht van 0. Een paar waren boven magnitude 2, dat is 1, 000 keer sterker dan magnitude 0.

De meeste door fracking veroorzaakte aardbevingen vinden plaats in de buurt van de put en verdwijnen snel. Maar sommige van de aardbevingen in Arkansas bevonden zich ver van de boorput en gingen weken nadat de fracking-operaties waren geëindigd door.

"We waren vooral verrast door de omvang en persistentie van de seismische activiteit, "Zei Ellsworth. "Als aardbevingen tijdens fracking-operaties groter zijn dan verwacht en wekenlang aanhouden, het duidt op een hoge mate van stress in dat gebied. Storingen onder hoge spanning zijn onstabiel en kunnen uitglijden, grotere aardbevingen veroorzaken."

Het feit dat fracken in de buurt van afvalwaterputten duizenden aardbevingen veroorzaakte – te veel, te groot en te lang aanhoudend - was een rode vlag dat de stressomstandigheden dieper in de grond ook werden voorbereid om de instabiliteit te creëren die grotere aardbevingen veroorzaakte, hij voegde toe.

"We willen continue seismische monitoring aanmoedigen voordat de fracking-operaties beginnen, terwijl ze bezig zijn en nadat ze klaar zijn, " zei Beroza. "Het ontwikkelde algoritme dat Clara heeft ontwikkeld, biedt een efficiënte, kosteneffectieve methode om meer informatie uit bestaande gegevens te halen, zodat in de toekomst weloverwogen beslissingen kunnen worden genomen die de kans op grotere aardbevingen verkleinen."