Een studie van aardbevingen veroorzaakt door het injecteren van vloeistoffen diep onder de grond heeft verrassende patronen onthuld, wat suggereert dat de huidige aanbevelingen voor hydrofracturering, afvalwater afvoer, en geothermische bronnen moeten mogelijk worden herzien.

Onderzoekers van UC Santa Cruz verzamelden en analyseerden gegevens van over de hele wereld voor aardbevingen die duidelijk verband houden met injectieputten. Ze ontdekten dat een enkele injectieput aardbevingen kan veroorzaken op afstanden van meer dan 10 kilometer van de put. Dat vonden ze ook, in het algemeen, het injecteren van vloeistoffen in sedimentair gesteente kan grotere, meer verre aardbevingen dan injecteren in de onderliggende kelderrots.

"Dit is problematisch, aangezien het huidige advies is om bij voorkeur in de sedimentaire sequentie te injecteren als een theoretisch veiliger alternatief voor het keldergesteente, " zei Emily Brodsky, hoogleraar aard- en planetaire wetenschappen aan UC Santa Cruz.

Postdoctoraal onderzoeker Thomas Goebel zei dat het belangrijkste probleem de ruimtelijke voetafdruk is van geïnduceerde seismische activiteit rond de injectieput. "Het is niet zo dat de keldersteen veilig is, omdat er nog steeds de mogelijkheid is om een ​​breuk in de keldersteen tegen te komen die een grote aardbeving kan veroorzaken, maar de kans wordt kleiner omdat de ruimtelijke voetafdruk kleiner is, " hij zei.

In een paper gepubliceerd op 31 augustus in Wetenschap , Goebel en Brodsky beschreven twee verschillende patronen van geïnduceerde seismische activiteit, die ze associeerden met verschillende fysieke mechanismen die werken in keldergesteente en sedimentair gesteente. In het eerste patroon geassocieerd met injectie in keldergesteente, aardbevingen hebben de neiging zich voor te doen in een compacte cluster rond de put, met een sterke afname van aardbevingen verder van de put. In het andere patroon, geassocieerd met sedimentair gesteente, geïnduceerde aardbevingen nemen geleidelijk af met de afstand tot de put en treden op veel grotere afstanden op.

Men dacht dat het fysieke mechanisme waarmee injectieputten aardbevingen veroorzaken een direct gevolg zijn van verhoogde vloeistofdruk in de poriën van het gesteente, waardoor fouten gemakkelijker wegglijden. Dit mechanisme kan het ruimtelijke patroon van seismiciteit verklaren dat wordt waargenomen bij injectie in keldergesteente, zei Goebel. Maar het patroon dat wordt gezien bij injectie in sedimentair gesteente suggereert een ander mechanisme als gevolg van efficiënte "poro-elastische koppeling, " die het vermogen van het gesteente regelt om vloeistofspanningen in de vaste gesteentematrix over te brengen.

"Als je water in de grond injecteert, het duwt op de omringende rots en creëert elastische spanning in de rots, die fouten op afstand onder druk kunnen zetten zonder water in die fouten te pompen. Dus als poro-elasticiteit dominant is, je krijgt een grotere voetafdruk omdat het naburige breuken laadt buiten het gebied met verhoogde poriedruk, ' zei Brodsky.

Volgens Goebel, het kristallijne keldergesteente is stijver en heeft een lagere porositeit dan sedimentair gesteente. "Daarom, de toename van de poriedruk is beperkt tot geïsoleerde holtes rond de put, en de koppeling daarvan met het totale spanningsveld is laag, " hij zei.

Goebel zei dat hun bevindingen helpen bij het verklaren van de omvang van geïnduceerde seismische activiteit in regio's zoals Oklahoma, waar veel injectieplaatsen zijn in olie- en gasvelden. Oklahoma heeft sinds 2010 een dramatische golf van aardbevingen gezien in die mate dat er nu elk jaar meer aardbevingen zijn in Oklahoma dan in Californië. Goebel en Brodsky hebben geen locaties in Oklahoma opgenomen in hun onderzoek, echter, omdat er zoveel injectieputten zijn, konden ze de effecten van individuele putten niet isoleren.

"In Oklahoma, ze injecteren in de sedimentaire eenheid met hoge porositeit boven de kelder, maar deze elastische spanningen kunnen over een grote afstand worden overgedragen, dus je zou een grote kelderstoring kunnen activeren op een afstand van 10 kilometer, "Zei Goebel. "Dat is misschien wat we zien in plaatsen als Oklahoma."