In werk dat inzicht biedt in de omvang van de gevaren van aardbevingsfouten in het algemeen, seismologen hebben een model ontwikkeld om de omvang van een aardbeving te bepalen die kan worden veroorzaakt door de ondergrondse injectie van vloeistoffen die worden geproduceerd als bijproduct van hydrofracturering.

hydraulisch breken, of "fracken, " is een procedure voor het winnen van aardolie waarbij miljoenen liters water (evenals zand en chemicaliën) diep in ondergrondse schalielagen worden geïnjecteerd om het gesteente te kraken en aardgas en olie vrij te maken. Volgens de United States Geological Survey, fracking zelf veroorzaakt meestal geen aardbevingen. In plaats daarvan, het verhoogde risico op seismiciteit is sterker verbonden met de daaropvolgende injectie van het afvalwater van fracking en andere oliewinningsprocessen in enorme bergingsputten die duizenden meters onder de grond liggen.

Eerdere pogingen om de relatie tussen injectie van afvalwater en het veroorzaken van aardbevingen te modelleren, suggereerden dat de maximale omvang van de op deze manier geïnduceerde seismische activiteit evenredig zou zijn met het volume van de geïnjecteerde vloeistoffen. Echter, deze interpretatie houdt geen rekening met het feit dat aardbevingen kunnen groeien buiten het gebied dat wordt beïnvloed door vloeistofdruk, zegt Jean Paul Ampuero, hoogleraar seismologie bij Caltech en co-auteur van een nieuwe studie over het onderwerp dat in het tijdschrift verschijnt wetenschappelijke vooruitgang op 20 dec.

Door theorie en computersimulaties van dynamische aardbevingsbreuken te combineren, Ampuero en zijn collega's ontwikkelden een model dat uitlegt hoe de grootte van door injectie geïnduceerde aardbevingen niet alleen afhangt van het volume vloeistof dat wordt geïnjecteerd, maar ook van de energie die is opgeslagen op nabijgelegen fouten. Het resultaat is een model dat de afstand kwantificeert die een aardbeving kan voortplanten voorbij een injectieplaats - dat op zijn beurt de maximale omvang van een geïnduceerde seismische gebeurtenis voorspelt.

"Aardbevingen veroorzaakt door menselijke activiteiten met ondergrondse injectie van vloeistoffen of gas vormen een groeiende zorg, een gevaar dat moet worden beheerst om een ​​veiligere en schonere energietoekomst te ontwikkelen, ' zegt Ampuero.

Deze geïnduceerde seismiciteit is de afgelopen jaren het onderwerp geweest van veel onderzoek en trekt ook onderzoekers aan die, zoals Ampuero, zijn vooral geïnteresseerd in het ontrafelen van de fysica van natuurlijke aardbevingen. "Dit is misschien wel het dichtste dat onderzoekers ooit bij een grootschalig gecontroleerd aardbevingsexperiment zullen komen, " zegt Ampuero. Voor het nieuwe werk, Ampuero werkte samen met Martin Galis, postdoctoraal onderzoeker aan de King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) in Saoedi-Arabië.

Het is belangrijk op te merken dat het nieuwe model alleen de maximaal mogelijke omvang van een aardbeving voorspelt in plaats van wat de omvang van de aardbeving daadwerkelijk zal zijn, zeggen de onderzoekers. Het definieert bovengrenzen op basis van de hoeveelheid opgehoopte energie in de aardkorst voorafgaand aan vloeistofinjectie.

Het nieuwe model biedt inzicht in natuurlijke aardbevingen, het creëren van een raamwerk om te begrijpen waardoor aardbevingen stoppen met schudden. Aardbevingen kunnen worden veroorzaakt door de druk en verstoring veroorzaakt door vloeistofinjectie, maar ze kunnen buiten de zone groeien die onmiddellijk wordt beïnvloed door de afvalwaterinjectie door gebruik te maken van tektonische energie die al in de buurt is opgeslagen. Zoals het geval is voor geïnduceerde seismiciteit, natuurlijke aardbevingen kunnen beginnen in kleine delen van de aardkorst waar die energie is geconcentreerd. Hoe groot ze worden, wordt bepaald door de hoeveelheid energie in de omliggende regio's.

Het artikel is getiteld "Geïnduceerde seismiciteit geeft inzicht in waarom aardbevingen stoppen." Tot de co-auteurs van Ampuero en Galis behoren Paul Martin Mai van KAUST en Frédéric Cappa van de Université Côte d'Azur in Nice en het Institut Universitaire de France in Parijs. De financiering kwam van de National Science Foundation, KAUST, en het Agence Nationale de la Recherché in Frankrijk.

Dit is de tweede studie deze maand van Ampuero die nieuw inzicht biedt in aardbevingswetenschap. Op 1 december Ampuero en collega's van Centre national de la recherché scientifique in Parijs ontdekten dat het mogelijk is om verstoringen in het zwaartekrachtsveld van de aarde bijna onmiddellijk na een aardbeving waar te nemen, waardoor het potentieel voor het gebruik van deze storingen als onderdeel van een systeem voor vroegtijdige waarschuwing wordt vergroot. (Deze verstoringen reizen met de snelheid van het licht, terwijl de snelste seismische golven van een aardbeving zich met enkele kilometers per seconde voortplanten, wat betekent dat het bewaken van de storingen bestaande systemen voor vroegtijdige waarschuwing met seconden of zelfs minuten zou kunnen verbeteren.)

Ampuero en zijn collega's ontdekten dat seismometers in China en Zuid-Korea verstoringen in het zwaartekrachtveld van de aarde oppikten tijdens de Tohoku-aardbeving van 9,1 in Japan in 2011 via signalen die verschenen als kleine versnellingen op seismometers meer dan een minuut voordat de grond onder de seismometers begon te schudden.