Naarmate de bezorgdheid toeneemt over aardbevingen veroorzaakt door menselijke activiteiten, zoals olie-exploratie, geologen van de Universiteit van Kansas melden nieuwe inzichten over recente aardbevingen in Kansas en Oklahoma. Deze doorbraak kan ooit leiden tot een methode om te voorspellen waar geïnduceerde aardbevingen kunnen plaatsvinden en kan de energie-industrie en regelgevers helpen beslissen waar ze veilig putten kunnen plaatsen.

In een paper dat vandaag online is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , K. Alex Nolte, doctoraatsstudent bij de afdeling Geologie; George Tsoflias, universitair hoofddocent van de afdeling; Tandis Bidgoli, assistent-wetenschapper bij de Kansas Geological Survey, en Lynn Watney, senior wetenschappelijk fellow bij KGS, melden dat ze een reeks sensoren in het Wellington-olieveld in het zuiden van centraal Kansas konden gebruiken om signalen van lokale aardbevingen te detecteren die wijzen op een toename van de vloeistofdruk in bepaalde delen van de ondergrond. Het vermogen om aardbevingsveroorzakende druk direct te detecteren, kan geologen in staat stellen methoden te ontwikkelen om te voorspellen welke delen van de ondergrond vatbaar zijn voor geïnduceerde aardbevingen.

"Het is veelbelovend, maar we hebben nog niets opgelost, "Zei Nolte. "Er zijn nog veel hordes te nemen."

Het gepubliceerde artikel biedt nieuwe inzichten, maar het is ook ongebruikelijk omdat de hoofdauteur, Nolte, is nog student. Weinig wetenschappers, laat staan ​​studenten, ooit publiceren in een van de prestigieuze tijdschriften zoals wetenschappelijke vooruitgang die worden geproduceerd door de American Association for the Advancement of Science. De publicatie is Nolte's eerste, en het behandelt een probleem dat zijn geboorteplaats Wichita treft.

De studie werd ingegeven door een opzienbarende toename van aardbevingen in wat voorheen het seismisch rustige middencontinent was geweest. In de meer dan drie decennia tussen 1977 en 2012 slechts 15 aardbevingen met een kracht van 3,0 of hoger werden geregistreerd in de hele staat Kansas. Een aardbeving met een kracht van 3,0 wordt meestal door mensen gevoeld. Sinds 2012 zijn er meer dan 100 aardbevingen van 3,0 of hoger geregistreerd in slechts twee provincies in de staat, Zomer en Harper. Deze omvatten de grootste aardbeving ooit gemeten in Kansas in november 2014, een magnitude 4.9-gebeurtenis nabij de stad Sumner County in Milaan. De frequentie van aardbevingen is blijven toenemen. Tussen mei 2015 en juli 2017 detecteerde de KU-reeks sensoren meer dan 2, 400 aardbevingen alleen al in Sumner County, variërend in grootte van 0,4 tot 3,6.

Een aantal onderzoekers heeft het toenemende aantal aardbevingen in het gebied al in verband gebracht met menselijke activiteit, specifiek een olie-boom die steeds grotere hoeveelheden afvalwater heeft geproduceerd. Elke oliebron produceert afvalwater. Dit geldt voor conventionele putten en voor putten die gebruikmaken van hydraulisch breken (in de volksmond bekend als fracken). De olie-boom leidde ertoe dat er meer oliebronnen in het gebied werden geboord, wat leidde tot een forse toename van de hoeveelheid afvalwater. Onderzoekers geloven nu dat de verhoogde injectie van afvalwater in de zoute aquifer in de ondergrond, de Arbuckle, veroorzaakten de toename van aardbevingen.

Omdat de omstandigheden in de ondergrond variëren en een perfecte storm van problemen aanwezig moet zijn voor een afvalwaterinjectieput om een ​​aardbeving te veroorzaken, slechts een relatief klein deel van de injectieputten veroorzaakt trillingen. Dit maakt het voor toezichthouders en de energiesector lastig om te bepalen waar ze putten mogen plaatsen.

Als sponzen gemaakt van steen, aquifers slaan vloeistof op in hun poriën. Geïnjecteerd afvalwater verhoogt de vloeistofdruk in de poriën van de watervoerende laag en in breuken (scheuren) in het gesteente. Een aardbeving wordt geactiveerd wanneer de vloeistof die tegen de rots duwt, een bestaande fout beïnvloedt die al bijna wegglijdt. Als onderzoekers gebieden met verhoogde vloeistofdruk in de poriën van de watervoerende laag kunnen detecteren, ze kunnen misschien voorspellen waar geïnduceerde aardbevingen waarschijnlijk zullen plaatsvinden.

De geologen volgden de toename van de poriedruk door een verschil op te merken in de manier waarop seismische golven van recente aardbevingen, vermoedelijk injectie-geïnduceerde, handelen vergeleken met de manier waarop golven van oudere, natuurlijk voorkomende aardbevingen optreden. De groep bestudeerde wat geologen shear-waves noemen, of S-golven, goed kijken naar hun anisotropie, een fenomeen waarbij golven in tweeën splitsen, waarbij één component van de golf langs de breuken in het gesteente beweegt en de tweede component loodrecht of bijna loodrecht op de oriëntatie van de breuk.

Bij de natuurlijk voorkomende aardbevingen zonder hoge druk, de golfcomponent die langs de breuken beweegt, beweegt sneller dan de golfcomponent die loodrecht op de breuken beweegt. Bij de geïnduceerde aardbevingen in Kansas, de geologen vonden het tegenovergestelde.

"Dergelijke veranderingen, of 'flipt', in snelle S-golforiëntatie was eerder gedocumenteerd in natuurlijke aardbevingen en vulkanische omgevingen waar er zones zijn die kritisch worden benadrukt door porievloeistofdruk, "Zei Tsoflias. "Onze observatie van S-golf-flips bij recente aardbevingen in het zuiden van Kansas levert voor het eerst bewijs van toenemende poriedruk in de regio op basis van seismologische gegevens."