Met behulp van gegevens uit veldexperimenten en modellering van grondfouten, onderzoekers van Tufts University hebben ontdekt dat de praktijk van ondergrondse vloeistofinjectie die wordt gebruikt bij 'fracking' en afvalwaterafvoer voor olie- en gasexploratie aanzienlijke, zich snel verspreidende aardbevingsactiviteit buiten de vloeistofdiffusiezone. Van diepe vloeistofinjecties - meer dan een kilometer diep - is bekend dat ze geassocieerd zijn met verhoogde seismische activiteit - waarvan vaak wordt gedacht dat ze beperkt zijn tot de gebieden met vloeistofdiffusie. Toch is de studie vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap , test en ondersteunt ten zeerste de hypothese dat vloeistofinjecties potentieel schadelijke aardbevingen veroorzaken verder weg door de langzame slip van reeds bestaande breukbreuknetwerken, op domino-achtige wijze.

De resultaten verklaren de waarneming dat de frequentie van door de mens veroorzaakte aardbevingen in sommige regio's van het land de natuurlijke aardbevingshotspots overtreft.

De studie vertegenwoordigt ook een proof of concept bij het ontwikkelen en testen van nauwkeurigere modellen van foutgedrag met behulp van echte experimenten in het veld. Veel van onze huidige kennis over de fysica van geologische breuken is afgeleid van laboratoriumexperimenten die zijn uitgevoerd op monsterlengteschalen van een meter of minder. Echter, aardbevingen en breukbreuken komen voor op veel grotere schaal. Waarnemingen van breukbreuken op deze grotere schaal worden momenteel op afstand gedaan en geven slechte schattingen van de fysieke parameters van breukgedrag die zouden worden gebruikt om een ​​model van door de mens gemaakte effecten te ontwikkelen. Recenter, de aardbevingswetenschappelijke gemeenschap heeft middelen ingezet voor injectie-experimenten op veldschaal om de schaalkloof te overbruggen en het foutgedrag in zijn natuurlijke habitat te begrijpen.

De onderzoekers gebruikten gegevens van deze experimentele veldinjecties, eerder uitgevoerd in Frankrijk en geleid door een team van onderzoekers aan de Universiteit van Aix-Marseille en de Universiteit van Nice Sophia-Antipolis. De experimenten maten foutdruk en verplaatsing, slippen en andere parameters die worden ingevoerd in het foutslipmodel dat in de huidige studie wordt gebruikt. De analyse van de Tufts-onderzoekers levert de meest robuuste conclusie tot nu toe dat vloeistof-geactiveerde slip in fouten snel de verspreiding van vloeistof onder de grond kan overtreffen.

"Een belangrijke beperking bij het ontwikkelen van betrouwbare numerieke modellen van seismisch gevaar is het gebrek aan waarnemingen van foutgedrag in zijn natuurlijke habitat, " zei Pathikrit Bhattacharya, een voormalig postdoc bij de afdeling civiele en milieutechniek aan de Tufts University's School of Engineering en hoofdauteur van de studie. "Deze resultaten tonen aan dat, wanneer beschikbaar, dergelijke waarnemingen kunnen een opmerkelijk inzicht geven in het mechanische gedrag van fouten en ons dwingen om hun gevaarpotentieel te heroverwegen". Bhattacharya is nu assistent-professor aan de School of Earth, Oceaan- en klimaatwetenschappen aan het Indian Institute of Technology in Bhubaneswar, Indië.

Het gevaar van door vloeistof veroorzaakte aardbevingen is een kwestie van toenemende publieke bezorgdheid in de VS. Het door de mens veroorzaakte aardbevingseffect wordt verantwoordelijk geacht voor het maken van Oklahoma - een zeer actieve regio voor olie- en gasexploratie - de meest productieve seismische regio van het land, inclusief Californië. "Het is opmerkelijk dat we tegenwoordig regio's hebben met door de mens veroorzaakte aardbevingen die het niveau van activiteit in natuurlijke hotspots zoals Zuid-Californië overtreffen, " zei Robert C. Viesca, universitair hoofddocent civiele en milieutechniek aan de Tufts University's School of Engineering, co-auteur van de studie en Bhattacharya's post-doc supervisor. "Onze resultaten bieden validatie voor de vermoedelijke gevolgen van het injecteren van vloeistof diep in de ondergrond, en een belangrijk hulpmiddel bij het beoordelen van de migratie en het risico van geïnduceerde aardbevingen bij toekomstige olie- en gasexploratie."

De meeste aardbevingen veroorzaakt door fracking zijn te klein – 3,0 op de schaal van Richter – om een ​​veiligheids- of schaderisico te zijn. Echter, de praktijk van diepe injectie van de afvalproducten van deze verkenningen kan diepere en grotere fouten beïnvloeden die onder spanning staan ​​en vatbaar zijn voor door vloeistof veroorzaakte slip. Injectie van afvalwater in diepe boorgaten (groter dan een kilometer) kan aardbevingen veroorzaken die groot genoeg zijn om voelbaar te zijn en schade kunnen veroorzaken.

Volgens de U.S. Geological Survey, de grootste aardbeving veroorzaakt door vloeistofinjectie en gedocumenteerd in de wetenschappelijke literatuur was een aardbeving met een kracht van 5,8 op de schaal van Richter in september 2016 in het centrum van Oklahoma. Vier andere aardbevingen van meer dan 5,0 hebben plaatsgevonden in Oklahoma als gevolg van vloeistofinjectie, en aardbevingen met een kracht tussen 4,5 en 5,0 zijn veroorzaakt door vloeistofinjectie in Arkansas, Colorado, Kansas en Texas.