Геофизики все еще работают, чтобы понять, что может вызвать землетрясения, вызванные деятельностью человека, которые были задокументированы с 1960-х годов. В новом исследовании, опубликованном в четверг в журнале Geology, выясняется, почему часть сильно добываемого месторождения нефти в США.S. есть землетрясения, а частично нет. Авторы впервые демонстрируют, что влияние бурения нефтяных скважин в прошлом изменяет нагрузки на разломы таким образом, что закачка жидкости с меньшей вероятностью вызовет или вызовет землетрясения сегодня.
Исследование сосредоточено на бассейне Делавэр, нефтегазодобывающем месторождении на границе между Западным Техасом и Нью-Мексико.
Бурение здесь ведется, по крайней мере, с 1970-х годов, и в регионе было разбито более 10 000 действующих отдельных скважин. Там геофизики из Стэнфорда Ноам Двори и Марк Зобак заметили интересную закономерность в сейсмической активности. Недавние мелководные землетрясения в основном произошли в южной половине бассейна, в то время как северная половина сейсмически спокойна, несмотря на неглубокие закачки сточных вод, происходящие через бассейн.
"Возникает непреодолимый вопрос: почему все мелкие землетрясения ограничиваются одним районом, а не более широко распространены??"Зобак говорит.
Землетрясения могут быть вызваны закачкой жидкостей, таких как сточные воды под землю. Когда сточные воды закачиваются в породы, давление увеличивается, подвергая породы и любые имеющиеся разломы более высокому напряжению. Если эти давления и напряжения станут достаточно высокими, может произойти землетрясение.
Землетрясения от инъекций в южной части бассейна Делавэр, как правило, мелкие и относительно невысокой магнитуды, обычно достаточно сильные, чтобы грохотать посуду, но недостаточно, чтобы нанести ущерб.
Однако, если активизируются более глубокие разломы, могут произойти землетрясения с более высокой магнитудой и причинить ущерб. Например, в марте 2020 года величина 4.6 землетрясение произошло в Ментоне, штат Техас, вероятно, из-за глубокой закачки, которая взаимодействовала с разломами в кристаллической породе фундамента примерно в пяти милях под землей.
«Размер землетрясения ограничен размером скользящего разлома», – объясняет Двор. Там, где разломы мелкие и небольшие (размером всего несколько километров), магнитуды землетрясений, как правило, невелики. "Вы все еще можете это почувствовать, но это менее опасно."
Сведение к минимуму риска землетрясений – цель любой подземной операции, будь то добыча нефти и газа или связывание углерода. Это сделало бассейн Делавэр с его странным характером землетрясений, отличной целью для Дворы и Зобака. Это был естественный эксперимент в геомеханике, «почему» вызванные землетрясениями.
Чтобы расшифровать закономерность, Дворы и Зобак сначала смоделировали подземные давления, необходимые для смещения разломов в бассейне, и соединили эти значения с расчетными значениями напряжений. После того, как они установили эту базовую линию, они рассчитали поровое давление вокруг бассейна Делавэр. Их результаты показали четкую закономерность: геологические образования в северном бассейне, где ранее добывались углеводороды, имели более низкое поровое давление, чем в «невозмущенных» породах, и землетрясений не было.
Южный бассейн, в котором ранее почти не было добычи из тех же пластов, имел более высокие начальные давления и землетрясения.
«В некоторых районах у нас есть свидетельства разработки нефти и газа даже с 1950-х годов», – говорит Двор. «Там, где была значительная добыча углеводородов, давление было снижено, и пласты стали более стабильными."
Теперь, когда флюиды закачиваются обратно в эти «устойчивые» ранее пробуренные породы, начальное давление ниже, чем при первом бурении.
«Таким образом, там, где добыча нефти происходила ранее, текущая закачка приводит к значительно более низкому давлению, так что вероятность возникновения землетрясений гораздо меньше», – объясняет Зобак. "Не исключено, что в какой-то момент, если вы сделаете достаточно инъекции, вы, вероятно, можете вызвать землетрясение. Но здесь, в области, которую мы изучаем, мы можем документально подтвердить, что то, что произошло ранее, сильно влияет на то, как текущие операционные процессы влияют на вероятность возникновения землетрясения."
Ориентация на эти участки прошлой добычи нефти с их более низким риском землетрясений может быть хорошим подходом для связывания углерода.
«Перед нами стоит глобальная задача – хранить огромные объемы углекислого газа в недрах в ближайшие десять-двадцать лет», – говорит Зобак. «Нам нужны места для безопасного хранения огромных объемов углекислого газа в течение сотен лет, что, очевидно, включает недопущение повышения давления, которое может вызвать землетрясения.
Невозможно переоценить важность геолого-геофизических исследований для решения этой задачи. Это огромная проблема, но геолого-геофизика – это критически важная отправная точка."