Een onderzoeksteam van de Ruhr-Universität Bochum (RUB) en de McGill University in Montreal onderzoekt wat er precies ondergronds gebeurt als de aarde in het westen van Canada schudt als gevolg van hydrofracturering. Het team, onder leiding van de in Bochum gevestigde professor Rebecca Harrington, wil fundamenteel begrijpen hoe aardbevingen ontstaan ​​- door mensen veroorzaakt of natuurlijk. "Het hydrofractureringsproces is voor ons zoiets als een opgeschaald laboratoriumexperiment, " legt Harrington uit, die aan het hoofd staat van de Hydrogeomechanics Group bij RUB. "We zien wat er gebeurt als de ondergrond wordt blootgesteld aan gecontroleerde stressomstandigheden - onder natuurlijke omstandigheden zouden veranderingen in stress veel moeilijker te bestuderen zijn." RUB's wetenschapsmagazine Inwrijven rapporteert over de bevindingen.

Voor hun studie, de onderzoekers evalueren records van natuurlijke en door de mens veroorzaakte aardbevingen. Een van de vele gegevensbronnen zijn de aardbevingen veroorzaakt door hydrofracturering in een gebied van ongeveer 50 bij 50 kilometer in het sedimentaire bekken van West-Canada. Het proces wordt gebruikt om olie- of gasvoorraden aan te boren die diep onder de grond liggen. Een mengsel van water, zand, en zwak geconcentreerd zoutzuur wordt onder hoge druk in de grond geïnjecteerd om scheuren in het gesteente te creëren en het beter doorlaatbaar te maken om het gas of de olie gemakkelijker te extraheren. Dit kan herhaaldelijk aardbevingen veroorzaken.

Vloeistoffen bewegen niet helemaal zoals verwacht

in 2018, een aardbeving met een kracht van 4,5 op de schaal van Richter vond heel vroeg in het proces van hydraulisch breken plaats, terwijl er nauwelijks vloeistof was geïnjecteerd. "Dit laat zien dat vloeistoffen ondergronds bewegen op manieren die we niet zouden verwachten, ", zegt Harrington. Het RUB-team analyseerde deze aardbeving en verschillende van zijn naschokken, waarvan de grootste nog een magnitude van 4,2 en 3,4 bereikte, samen met hun collega's aan de McGill University. De twee instellingen hebben 17 seismische stations opgezet in het West-Canada Sedimentary Basin en hebben zo toegang tot een uitgebreid datanetwerk.

Met behulp van deze registers, de wetenschappers reconstrueerden de bronnen van de verschillende aardbevingen en hoe ze zich ondergronds hadden verspreid. Ze koppelden de gegevens aan informatie over het hydrofractureringsproces en de aard van de ondergrond en de interacties van de vloeistoffen met het gesteente. Door middel van computersimulaties, ze modelleerden de krachten die tijdens de aardbevingen in de ondergrond hadden gewerkt. De conclusie:"Vermoedelijk bevond zich in de ondergrond een geologisch jonge breukzone, d.w.z. een netwerk van breuken in de aardkorst, die fungeerde als een natuurlijke route voor vloeistoffen. De hydraulische breekvloeistof zou dan als een kanaal door het breuknetwerk kunnen stromen, " zoals Rebecca Harrington het proces beschrijft. De vloeistofstroom bereikte zo snel de onderliggende fout, die de spanningsstructuur in de ondergrond verstoorde en een aardbeving veroorzaakte die sterker was dan verwacht.

Analyse van 8, 200 aardbevingen zijn aan de gang

Het Duits-Canadese team is begonnen met het analyseren van ongeveer 8, 200 aardbevingen geregistreerd door seismische stations in het westen van Canada tussen juli 2017 en september 2020. De onderzoekers toonden aan dat veel aardbevingen plaatsvinden op locaties met natuurlijke geologische breuken in de ondergrond waarmee vloeistoffen in wisselwerking staan. Ze bewezen ook dat deze fouten optimaal zijn uitgelijnd in het spanningsveld van de aardkorst om aardbevingen te veroorzaken.

"De aardbevingen zijn afkomstig van industriële activiteiten, maar eenmaal begonnen, de geologische fouten gedragen zich min of meer als een aardbeving van natuurlijke oorsprong, " concludeert Rebecca Harrington. "Al met al, onze studies suggereren dat er geen fundamentele verschillen zijn tussen natuurlijke aardbevingen en aardbevingen veroorzaakt door hydrofracturering. Alles wat we leren over geïnduceerde aardbevingen kan ons ook helpen natuurlijke aardbevingen te begrijpen - en hopelijk helpt het ons op een dag om de impact van aardbevingen op mensen en infrastructuur te minimaliseren."