Это увеличение количества землетрясений вызывает два важных вопроса: являются ли они естественными или созданными руками человека? И что нужно делать в будущем, когда мы устраняем причины и последствия этих событий, чтобы снизить связанные с ними риски? Ученые Геологической службы США анализируют изменения частоты землетрясений, а также их вероятные причины, и у них есть некоторые ответы.Ученые USGS обнаружили, что в некоторых местах повышение сейсмичности совпадает с закачкой сточных вод в глубокие скважины для захоронения.
Большая часть этих сточных вод является побочным продуктом добычи нефти и газа и обычно утилизируется путем закачки в скважины, специально спроектированные и утвержденные для этой цели.Обзорная статья о землетрясениях, вызванных инжекциямиГеофизик Геологической службы США Уильям Эллсуорт рассмотрел вопрос о землетрясениях, вызванных нагнетанием, в недавнем исследовании, опубликованном в журнале Science. В статье основное внимание уделяется закачке жидкостей в глубокие скважины как распространенной практике утилизации сточных вод, а также обсуждаются недавние события и ключевые научные проблемы для оценки этой опасности и продвижения к снижению связанных рисков.
Что такое индуцированная сейсмичность?Хотя это может показаться научной фантастикой, антропогенные землетрясения были реальностью на протяжении десятилетий. Давно поняли, что землетрясения могут быть вызваны заполнением водоемов, поверхностными и подземными разработками, изъятием жидкостей и газа из недр и закачкой жидкостей в подземные образования.
Что такое удаление сточных вод?Соленую или загрязненную химическими веществами воду необходимо утилизировать таким образом, чтобы предотвратить загрязнение источников пресной воды.
Часто наиболее экономично геологически изолировать такие сточные воды, закачав их под землю, глубоко под любые водоносные горизонты, обеспечивающие питьевую воду.Сточные воды могут образовываться в результате различных процессов, связанных с производством энергии. Например, вода обычно присутствует в горных породах, содержащих нефть и газ, и поэтому будет производиться совместно во время добычи нефти и газа.
Сточные воды также могут возникать в виде обратного потока от операций гидроразрыва пласта, которые включают закачку воды под высоким давлением в горную породу для стимулирования движения нефти и газа к скважине для добычи.Исследование Эллсворта показало, что когда сброс сточных вод происходит вблизи разломов и подземные условия являются подходящими, землетрясения могут произойти с большей вероятностью. В частности, землетрясение может быть вызвано хорошо понятным механизмом повышения давления воды внутри разлома.
Если давление достаточно возрастет, разлом может выйти из строя, высвободив накопленное тектоническое напряжение в виде землетрясения. Даже разломы, которые не двигались миллионы лет, могут соскользнуть и вызвать землетрясение, если условия под землей будут подходящими.
Хотя процесс утилизации может вызвать землетрясения, не каждая скважина для сброса сточных вод вызывает землетрясения. Фактически, очень немногие из более чем 30 000 скважин, спроектированных для этой цели, по всей видимости, вызывают землетрясения.
ГидроразрывБыло поднято много вопросов о том, является ли гидроразрыв пласта, широко известный как «гидроразрыв», причиной недавнего увеличения землетрясений.
Исследования USGS показывают, что реальный процесс гидроразрыва пласта очень редко является прямой причиной ощутимых землетрясений. Хотя гидравлический разрыв пласта вызывает тысячи чрезвычайно малых «микроземлетрясений», они редко ощущаются и слишком малы, чтобы вызвать структурные повреждения.
Как отмечалось ранее, сточные воды, связанные с гидроразрывом, были связаны с некоторыми, но не со всеми, вызванными землетрясениями.Неизвестные и перспективные вопросыУченые USGS стремятся лучше понять геологические условия и производственные практики, связанные с индуцированными землетрясениями, а также определить, как можно управлять сейсмическим риском.
Один из подходов к управлению рисками, описанный в статье Эллсуорта, включает установку пороговых значений сейсмической активности для безопасной эксплуатации. В соответствии с этой системой «светофоров», если сейсмическая активность превышает заранее установленные пороговые значения, закачка будет уменьшена.
Если сейсмичность сохранится или усилится, работы могут быть приостановлены.Существующая нормативно-правовая база для колодцев для отвода сточных вод была разработана для защиты источников питьевой воды от загрязнения и не затрагивает вопросы безопасности при землетрясениях.
Эллсворт отметил, что одним из следствий этого является то, что количество и своевременность информации об объемах закачки и давлении, сообщаемой регулирующим органам, далеко не идеальны для управления риском землетрясений при закачке.Таким образом, улучшение сбора и передачи данных о закачке в регулирующие органы предоставит столь необходимую информацию об условиях, потенциально связанных с индуцированной сейсмичностью. В частности, сказал Эллсворт, ежедневная отчетность по объемам закачки, а также пиковому и среднему давлению закачки будет шагом в правильном направлении, как и измерение давления воды перед закачкой и тектонического напряжения.
Важность понимания опасностей и рисковРастет интерес к пониманию рисков, связанных с землетрясениями, вызванными нагнетанием, особенно в тех районах страны, где разрушительные землетрясения редки.Например, сброс сточных вод, по-видимому, вызвал землетрясение магнитудой 5,6, которое обрушилось на сельскую местность в центральной части штата Оклахома в 2011 году, что привело к нескольким травмам и повреждению более десятка домов. Ущерб от землетрясения такой силы был бы еще хуже, если бы он произошел в более густонаселенном районе.
Начни с наукиПоскольку использование закачки для удаления сточных вод увеличивается, важность знания связанных рисков также возрастает. Для решения этих проблем Геологическая служба США надеется активизировать исследовательские усилия, чтобы понять причины и последствия землетрясений, вызванных нагнетанием.Больше информации
Геологическая служба США имеет в Интернете ответы на часто задаваемые вопросы (http://www.usgs.gov/faq/?q=taxonomy/term/9833), в которых содержатся дополнительные сведения и справочная информация по индуцированной сейсмичности. Вы также можете узнать больше, прочитав рассказ (http://www.doi.gov/news/doinews/Is-the-Recent-Increase-in-Felt-Earthquakes-in-the-Central-US-Natural-or- Manmade.cfm) Департамента внутренних дел по этой теме.