De manier waarop bedrijven naar olie en gas boren en afvalwater afvoeren, kan aardbevingen veroorzaken, soms op onverwachte plaatsen.

In West-Texas, aardbevingspercentages zijn nu 30 keer hoger dan in 2013. Studies hebben ook aardbevingen in verband gebracht met olieveldoperaties in Oklahoma, Kansas, Colorado en Ohio.

Californië werd als een uitzondering beschouwd, een plaats waar olieveldoperaties en tektonische fouten schijnbaar zonder veel problemen naast elkaar bestonden. Nutsvoorzieningen, nieuw onderzoek toont aan dat de natuurlijke aardbevingsactiviteit van de staat door de industrie veroorzaakte aardbevingen kan verbergen.

Als seismoloog Ik heb onderzoek gedaan naar veroorzaakte aardbevingen in de VS, Europa en Australië. Onze laatste studie, uitgebracht op 10 november, laat zien hoe Californische olieveldoperaties de nadruk leggen op tektonische fouten in een gebied op slechts enkele kilometers van de San Andreas-breuk.

Seismische golf

Door de industrie veroorzaakte aardbevingen vormen al meer dan een decennium een ​​toenemende zorg in het midden en oosten van de Verenigde Staten.

De meeste van deze aardbevingen zijn te klein om te voelen, maar niet allemaal. in 2016, een aardbeving met een kracht van 5,8 op de schaal van Richter beschadigde gebouwen in Pawnee, Oklahoma, en leidde staats- en federale regelgevers om 32 afvalwaterafvoerputten te sluiten in de buurt van een nieuw ontdekte fout. Grote aardbevingen zijn zeldzaam ver van tektonische plaatgrenzen, en Oklahoma ervaren drie aardbevingen van magnitude 5 of meer in één jaar, zoals in 2016 gebeurde, was ongehoord.

De frequentie van aardbevingen in Oklahoma daalde met lagere olieprijzen en het besluit van regelgevers om bedrijven te verplichten hun broninjectievolume te verminderen, maar er zijn daar vandaag nog steeds meer aardbevingen dan in 2010.

In West-Texas is de afgelopen jaren een bekend patroon ontstaan:drastisch toenemende aardbevingen tot ver boven het natuurlijke tempo. Een aardbeving met een kracht van 5 op de schaal van Richter schudde West-Texas in maart.

Hoe het werkt

Aan de basis van het probleem van geïnduceerde aardbevingen liggen twee verschillende soorten vloeistofinjectie:hydrofracturering en afvalwaterafvoer.

Hydraulisch breken omvat het injecteren van water, zand en chemicaliën onder zeer hoge druk om stroompaden te creëren voor koolwaterstoffen die vastzitten in dichte rotsformaties. Afvalwaterafvoer omvat het injecteren van vloeistoffen in diepe geologische formaties. Hoewel afvalwater met lage druk wordt verpompt, dit type operatie kan de natuurlijke druk en spanningen over grote gebieden verstoren, enkele kilometers van injectieputten.

Tektonische breuken onder geothermische en oliereservoirs zijn vaak precair in evenwicht. Zelfs een kleine verstoring van het natuurlijke tektonische systeem - als gevolg van diepe vloeistofinjectie, bijvoorbeeld - kan ervoor zorgen dat fouten wegglijden en aardbevingen veroorzaken. De gevolgen van vloeistofinjecties zijn gemakkelijk te zien in Oklahoma en Texas. Maar wat zijn de gevolgen voor andere plaatsen, zoals Californië, waar aardbevingsgevoelige breuken en olievelden dicht bij elkaar liggen?

Het verborgen risico van de olievelden in Californië

Californië biedt een bijzonder interessante mogelijkheid om de effecten van vloeistofinjectie te bestuderen.

De staat heeft een groot aantal olievelden, aardbevingen en vele instrumenten die zelfs kleine gebeurtenissen detecteren, en men dacht dat het grotendeels vrij was van onnatuurlijke aardbevingen.

Mijn collega Manoo Shirzaei van Virginia Tech en ik vroegen ons af of geïnduceerde aardbevingen konden worden gemaskeerd door natuurlijke aardbevingen in de buurt en dus in eerdere studies werden gemist. We hebben een gedetailleerde seismologische studie uitgevoerd van het Salinas-bekken in centraal Californië. Het studiegebied valt op door de nabijheid van de San Andreas-breuklijn en omdat afvalvloeistoffen met hoge snelheden worden geïnjecteerd in de buurt van seismisch actieve breuken.

Met behulp van satellietradarbeelden van 2016 tot 2020, Shirzaei deed een verrassende observatie:sommige regio's in het Salinas-bekken stegen met ongeveer 1,5 centimeter per jaar, iets meer dan een halve centimeter. Deze stijging was een eerste indicatie dat de vloeistofdruk in delen van het San Ardo-olieveld uit balans is. Toenemende vloeistofdrukken in de poriën van het gesteente rekken de omringende gesteentematrix uit als een spons die vol water wordt gepompt. De resulterende reservoiruitbreiding verhoogt de krachten die op de omringende tektonische fouten werken.

Volgende, we onderzochten de seismische gegevens en ontdekten dat vloeistofinjectie en aardbevingen gedurende meer dan 40 jaar sterk gecorreleerd waren. Verrassend genoeg, dit strekte zich uit tot 15 mijl van het olieveld. Dergelijke afstanden zijn vergelijkbaar met de grote ruimtelijke voetafdruk van injectieputten in Oklahoma. We analyseerden het ruimtelijke patroon van 1, 735 seismische gebeurtenissen binnen het studiegebied en vond clustering van gebeurtenissen in de buurt van injectieputten.

Andere gebieden in Californië hebben mogelijk een vergelijkbare geschiedenis, en er zijn meer gedetailleerde studies nodig om natuurlijke en geïnduceerde gebeurtenissen daar te onderscheiden.

Hoe het aardbevingsrisico te verlagen?

De meeste afvalwaterafvoer en hydraulische breekputten leiden niet tot voelbare aardbevingen, maar de bronnen die problemen veroorzaken hebben drie dingen gemeen:

• Dit zijn injectieputten met een hoog volume;
• Ze injecteren in zeer permeabele rotsformaties; en
• Deze formaties bevinden zich direct boven tektonische breuken in de diepere geologische kelder.

Hoewel het eerste probleem misschien moeilijk op te lossen is, omdat het verminderen van de hoeveelheid afvalvloeistoffen een vermindering van de hoeveelheid geproduceerde olie zou vereisen, de locaties van injectieputten kunnen zorgvuldiger worden gepland. De seismische veiligheid van olie- en gasoperaties kan worden vergroot door geologische formaties te selecteren die zijn losgekoppeld van diepe breuken.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.