Възходът на земетресенията, предизвикани от инжекции в САЩ

През изминалото десетилетие хората, живеещи в централната част на САЩ, преживяват много повече земетресения от малък до умерен размер от всякога. Например, въпреки че Оклахома се намира далеч от границите между тектонските плочи, сеизмичната активност там започва да се увеличава около 2009 г. и достига своя връх през 2015 г. и началото на 2016 г. Преди 2009 г. Оклахома обикновено преживява само едно или две малки земетресения с магнитуд по-голям от 3,0 на година. Към 2015 г. този брой е нараснал до над 900 земетресения годишно, 30 от които са с мощност по-голяма от 4,0 (което е достатъчно силно, за да причини разруха). Един трус с магнитуд 5,7 удари близо до град Прага, Окла., През 2011 г. по съществуваща вина и причини сериозни щети на няколко къщи и училищни сгради. През последните шест години в предишните мирни райони бяха документирани над 1500 съобщения за разрушителни разтърсващи събития. Тази повишена сеизмичност вероятно е предизвикана от човешки индустриални дейности. Около осем милиона души живееха в районите с увеличени земетресения, а служители, отговорни за обществената безопасност, искаха да разберат причините за увеличението и потенциалните заплахи за обществото.

Причини за възникнали земетресения.

Учените на Земята се заеха с предизвикателството да разберат по-добре предизвиканите земетресения. Научните доказателства показват, че някои земетресения са причинени от човешка промишлена дейност, най-вече от обезвреждане чрез инжектиране на солени отпадни води, извлечени с нефт и газ в производствени кладенци. Счита се, че повечето индуцирани земетресения са породени от промени в налягането на течността в близост до съществуващи дълбоки разломи. Флуидите за отпадни води в кладенците за дълбоки изхвърляния често се намираха на повече от миля под земята, а изхвърлянето на отпадни води повишава налягането върху течности, които вече заемат порно пространство. Това повишаване на налягането не е стиснало или отслабило повредата, като по този начин улеснява земетресението.

Тази хипотеза, обясняваща причината за индуцираните земетресения, беше потвърдена в експеримент от 1969 г. Rangely, Colorado, в който налягането на течността в резервоар беше повишено и понижено чрез изпомпване. Земетресенията станаха по-чести при повишаване на налягането, както прогнозира хипотезата, и рядко, когато налягането беше понижено. Хидравличното разрушаване (раздробяване) - процес за възстановяване на газ и петрол, който използва инжектиране на течност, за да отвори пукнатините в скалата, за да позволи на задържания газ или суров нефт да потече през тръба към кладенец на повърхността - също беше показано, че причинява земетресения и да бъде основната причина за предизвикани земетресения в Британска Колумбия и Западна Алберта, както и някои места в самото Фраксинг на САЩ, обаче, не беше основната причина за предизвикана земетресетелна активност в Оклахома и няколко други места в САЩ, където земетресенията са имали предимно в резултат на инжектиране на отпадни води. Едно забележително земетресение за извличане на течност, събитие с магнитуд 4,8, се случи през октомври 2011 г. близо до Фашинг, Тексас. Други предизвикани земетресения бяха предизвикани от запълването на резервоари в Невада и Южна Каролина. В повечето случаи такива индустриални дейности не стимулират земетресенията. Скоростта и обемите на инжектиране на течности, ориентации на разломи, натрупани напрежения и свойства на скалите трябва да бъдат оптимални, за да предизвикат земетресения.

Учените са изследвали разломи и природни и предизвикани земетресения, за да разберат по-добре и да прогнозират размерите и местата на бъдещите индуцирани земетресения. Големината или размерът на земетресението е свързана с района, който се разкъсва по разлома. Учените разгледаха записи на няколко примера за исторически природни земетресения, възникнали през последните 300 години в централната и източната част на САЩ, включително събитие с магнитуд 7,3 през 1886 г. в близост до Чарлстън, Северна Каролина, и поредицата от шокове с магнитуд 7,5, които се случиха в 1811–12 близо до Ню Мадрид, Mo. Земетресенията в Източна Северна Америка възникват под формата на рояци от сеизмична активност по неразпознати разломи в централна Вирджиния, източен Тенеси, източна Канада и Нова Англия. Много от тези събития са предхождали индустриални дейности и по този начин най-вероятно не са били свързани с човешките дейности. През последните няколко години учените обсъждаха дали индуцираните земетресения могат да предизвикат големи земетресения на близките древни разломи, в които натрупаните напрежения бяха готови да бъдат освободени. Земетресението в Прага, Оклама през 2011 г. отговори на този въпрос, като демонстрира, че земетресенията до магнитуд 5,7 могат да се разрушат при съществуващи дълги разломи. Следователно наличието на древни разломи беше важен фактор за точното прогнозиране на размера на земетресението. Въпреки това размерът и местоположението на разломите остават слабо разбрани на много места в централната и източната част на САЩ, като Оклахома, и научните усилия се провеждат от Геологическата служба на САЩ, други държавни и федерални агенции и академични институции и в партньорство с нефтената промишленост да идентифицира местата на тези, които са потенциално най-опасни.

Събитието в Прага през 2011 г. беше най-голямото земетресение, регистрирано в САЩ, докато през 2016 г. се случи земетресение с магнитуд 5,8 близо до Пауни, Оклахома, което може да бъде предизвикано. По-силни индуцирани земетресения обаче се наблюдават на други места. Близо до Койнанагар, Индия, през 1967 г. се предполага, че опустошителният тремор с магнитуд 6,3 е бил предизвикан от високи нива на вода, съхранявана в резервоар, а активността по изтегляне на газ в Узбекистан вероятно е била причината за увреждане на природните земетресения с магнитуд 7,0 през 1976 г. и 1984 г. Подобни данни предполагат, че са възможни предизвикани земетресения, по-големи от тези в Прага. Освен това геолозите разпознаха разломи и праисторически разриви на земетресението, генерирани от земетресения с магнитуд 7.0 в Оклахома и Колорадо. Проучванията на земетресенията в континенталните интериори извън САЩ показват, че такива големи природни земетресения са възможни далеч от границите на плочите. Много учени смятат, че предизвиканите земетресения също могат да предизвикат големи земетресения при неоткрити древни разломи. Ако обаче предизвика индуцирано събитие с магнитуд по-голям от 5.6, по-вероятно е магнитудът да бъде по-близо до 6.0, отколкото до 7.0, подобно на индуцираните земетресения в аналогични райони.

Увеличаване на опасността от земетресение.

Както индуцираните, така и природните земетресения причиняват подобни нива на треперене на земята. В сравнение с природните земетресения, обаче, предизвиканите земетресения често са по-плитки и може да не разклатят земята като силно далеч от епицентъра на земетресението. Въпреки че са наблюдавани фини разлики в разклащането между двата вида, бяха необходими повече изследвания, за да се разберат тези свойства на разклащане.

Прогнозите за разтърсване на земята, проведени от Геологическото проучване на САЩ, показват, че предизвиканите земетресения увеличават опасността в Оклахома и други места, където индустриалните процеси влияят на напреженията в земята, както е показано в едногодишната прогноза за 2016 г. както за индуцирани, така и за природни земетресения. Изчисляването на опасността изискваше информация къде и колко често могат да възникнат земетресения, техния максимален размер и вероятните нива на треперене на земята. За да прогнозират честотата на земетресението през 2016 г., учените разгледаха сериозно честотата на земетресенията през 2015 г., използваха стандартна сеизмологична теория - като най-големите индуцирани земетресения се очаква да имат магнитуд по-малък или равен на 6,0 - и приложиха нов модел на движение на земята по-добри оценки на треперенето за плитки земетресения.

Резултатите разкриха, че Оклахома, Канзас, Тексас, Арканзас, Ню Мексико и Колорадо са имали по-голям от 1 на 100 шанс да разклати щети през 2016 г., като най-високите шансове (около 1 на 10) са се появили в части от Северна Оклахома и Южна Канзас, Проявените от прогнозата индуцирани земетресения се оказаха доста способни да причинят разруха в този регион, ако индустриалната активност продължи да намалява. Въз основа на тези прогнози малцина бяха изненадани, когато земетресение с магнитуд 5,1 удари близо до Fairview, Окла, на 13 февруари.

Честотата на земетресенията в този регион обаче изглежда намалява между 2015 и 2016 г. През първата половина на 2016 г. броят на земетресенията, възникнали близо до Ървинг и Далас, например, падна от около четири събития с магнитуд 3.0 или по-голяма до нула. Това намаление може да е свързано с цената на петрола (който значително спадна през 2015 и 2016 г., като по този начин намалява добив и инжектиране на отпадни води) и регулаторните действия, които намаляват обема на отпадъчните води, които се изпомпват в дълбоки сондажи. Първоначалните данни предоставиха надежда, че темповете на предизвикани земетресения ще продължат да намаляват през 2016 г.; обаче инжекционните дейности продължиха в райони с висока степен на сеизмичност и не беше известно дали по-ниските обеми на инжектиране ще премахнат индуцираните земетресения или просто ще ги забавят.

Докато увеличаването на честотата на индуцирани земетресения беше най-забележимо в централните щати, индуцирани земетресения също бяха наблюдавани в няколко места в Калифорния, включително районите на гейзерите и геотермалната енергия на Косо. В допълнение, проучване от 2015 г. показа незначителни промени в процента на земетресенията в Южна Калифорния и отбеляза, че в близост до места с дейности по добив на нефт може да се появи допълнителна индуцирана активност. Тъй като степента на природни земетресения в този район беше много по-висока от тази в централната част на САЩ, беше по-трудно да се определи кои земетресения са предизвикани и кои са естествени. Учените продължиха да изследват предизвиканите земетресения, за да смекчат по-добре бъдещите ефекти на земетресението.