Door de mens veroorzaakte aardbevingen in Oklahoma, VS, sterk verbonden zijn met de diepte waarop afvalwater van de olie- en gasindustrie in de grond wordt geïnjecteerd, volgens een nieuwe studie onder leiding van de Universiteit van Bristol.

Oklahoma is de afgelopen tien jaar een seismische hotspot geweest, met het aantal schadelijke aardbevingen - waaronder de Pawnee-aardbeving van 5,8 op de schaal van Richter in 2016 - die regelmatig van invloed is op het leven van bewoners, leidend tot rechtszaken tegen putexploitanten.

De door de mens gemaakte, of geïnduceerd, aardbevingen vormen een verhoogd risico voor kritieke infrastructuur, zoals een grote commerciële olieopslagfaciliteit in Cushing, waardoor ze een bedreiging voor de nationale veiligheid vormen.

Het verband tussen 'seismiciteit' - de frequentie van aardbevingen - en diepe vloeistofinjectie in ondergrondse rotsformaties is goed ingeburgerd, maar wetenschappers, beleidsmakers, en de olie- en gasindustrie zijn verbijsterd door de ongekende toename van aardbevingen. Op zijn hoogtepunt, er is sinds 2011 een ongeveer 800-voudige toename van het jaarlijkse aantal aardbevingen in Oklahoma.

De putexploitanten van Oklahoma hebben sinds 2011 gemiddeld 2,3 miljard vaten vloeistof per jaar in de grond geïnjecteerd. ruim onder het niveau van de zoet-grondwatervoorziening. Ook, zout water wordt diep onder de grond geïnjecteerd om de winning van olie en gas mogelijk te maken.

Nu een grootschalig onderzoek van de Universiteit van Bristol en waarbij de Universiteit van Southampton betrokken is, Technische Universiteit Delft en middelen voor de toekomst, vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap , toont onomstotelijk aan dat de seismische activiteit van Oklahoma sterk verband houdt met de diepte van de vloeistofinjectie.

Hoofdauteur van de studie, Dr Thea Hincks, Senior onderzoeksmedewerker aan de School of Earth Sciences van de Universiteit van Bristol, zei:"Ons nieuwe modelleringskader biedt een gerichte, bewijsbasis voor het beheer van een substantiële vermindering van geïnduceerde seismische activiteit in Oklahoma, met uitgebreide toepassingsmogelijkheden elders in de wereld. Dit markeert een stap voorwaarts in het begrijpen van de evolutie van seismische activiteit in de regio Oklahoma."

Met behulp van een krachtig computermodel met gegevens over injectieputten en aardbevingsgegevens van de US Geological Survey, het team onderzocht de verbanden tussen het injectievolume, diepte, en locatie, evenals geologische kenmerken, over een periode van zes jaar.

Het onderzoek maakte gebruik van innovatieve nieuwe software, Uninet, die is ontwikkeld door de groep van co-auteur Professor Roger Cooke aan de Technische Universiteit Delft en gratis beschikbaar is voor academische gebruikers van LightTwist Software. Uninet is eerder gebruikt om causale risicomodellen voor de luchtvaartindustrie te ontwikkelen.

Het team ontdekte dat de gezamenlijke effecten van diepte en volume van cruciaal belang zijn, en dat injectievolume meer invloed krijgt - en meer kans heeft aardbevingen te veroorzaken - op diepten waar gelaagde sedimentaire gesteenten kristallijne keldergesteenten ontmoeten. Dit komt omdat diepere putten gemakkelijker toegang bieden voor vloeistoffen in gebroken keldergesteenten die veel vatbaarder zijn voor aardbevingen.

Dokter Tom Gernon, Universitair hoofddocent aardwetenschappen aan de Universiteit van Southampton, en co-auteur van de studie, zei:"De onderliggende oorzaken van de door Oklahoma veroorzaakte aardbevingen zijn een open en complexe kwestie, niet in de laatste plaats omdat er meer dan 10 zijn, 000 injectieputten, met veel verschillende aandrijvingen en bedieningskenmerken, allemaal in een gebied van complexe geologie.

"Dankzij een innovatief model dat grote en complexe datasets kan analyseren, onze studie legt voor het eerst een duidelijk verband tussen seismische activiteit en vloeistofinjectiediepte."

De studie laat ook zien hoe het verhogen van de diepte van de injectieput tot boven de kelderrotsen in belangrijke gebieden de jaarlijkse energie die vrijkomt door aardbevingen aanzienlijk zou kunnen verminderen, waardoor de relatieve kans op grotere, schadelijke aardbevingen. De huidige regelgevende maatregelen omvatten onder meer dat operators de injectie moeten verminderen of putten boven de kelder moeten verhogen, vaak met een onbekend bedrag.

Professor Willy Aspinall, van de Universiteit van Bristol en Aspinall &Associates, die de studie heeft bedacht, toegevoegd:"Deze nieuwe diagnostische bevinding heeft mogelijke implicaties voor wetenschappers, regelgevers en civiele autoriteiten bezorgd over veroorzaakte seismische activiteit, zowel in de VS als internationaal. Het onderzoek komt tegemoet aan een groeiende behoefte aan een breder begrip van hoe operationele, ruimtelijke en geologische parameters worden gecombineerd om het geïnduceerde seismische risico te beïnvloeden.

"Onze analyse maakt het mogelijk om regelgevende acties te evalueren op een rationele, kwantitatieve basis in termen van seismische effecten."