Добыча нефти и газа может вызвать небольшие, замедленные, более продолжительные толчки землетрясений, которые ученые впервые задокументировали на канадских месторождениях, где используется гидравлический разрыв пласта.
Группа исследователей из Геологической службы Канады задокументировала событие землетрясения нового типа в результате медленных разрывов (в сейсмологии разрыв при землетрясении - подвижка земной коры во время землетрясения) вблизи активной газовой скважины. Это помогает объяснить, как почти незаметные толчки, вызванные процессами добычи нефти и газа, могут вызывать сейсмические сдвиги и более сильные землетрясения.
Исследование показало, что около 10 процентов из примерно 350 землетрясений, зарегистрированных в течение 5 месяцев в нескольких километрах от активной газовой скважины в Британской Колумбии, Канада, разрывались медленнее и длились на несколько секунд дольше, чем обычные подземные толчки, вызванные гидроразрывом.
«Мы предполагали, что землетрясения, вызванные [гидроразрывом], ведут себя так же, как и большинство других землетрясений, и имеют примерно такую же скорость разрыва - два-три километра в секунду», - объясняет сейсмолог Ребекка Харрингтон из Рурского университета в Бохуме, Германия.
Гидравлический разрыв пласта, известный как гидроразрыв, представляет собой процесс, используемый в нефтегазовой промышленности, который включает закачку жидкости под давлением в пробуренную скважину для создания небольших трещин в подземных породах.
По самой своей конструкции, гидроразрыв вызывает небольшие, едва обнаруживаемые землетрясения для извлечения нефти и газа из подземных ловушек. В ходе этого процесса также закачивается огромное количество сточных вод обратно под землю, что может вызвать нагрузку на существующие геологические линии разломов.
Используя сеть сейсмических станций вокруг нагнетательной скважины, исследователи обнаружили свидетельства трудно обнаруживаемого процесса, который был предсказан, но еще не задокументирован вблизи участков гидроразрыва.
Новый тип сигналов «медленного сдвига» задокументированый, получивший название землетрясений с гибридной частотой волны из-за их отличительных особенностей, выделяет мало сейсмической энергии и имеют измеренную магнитуду 2,0 или меньше.
На основе предыдущего моделирования и экспериментальных исследований, считается, что гидроразрыв пласта под высоким давлением вызывает асейсмические подвижки, которые взаимодействуют с близлежащими разломами, вызывают упругие напряжения в горных породах и приводят к более крупным сейсмическим событиям, причем формы волн с гибридной частотой являются новым свидетельством того, что переходный процесс происходит - в нескольких километрах от газовых скважин.
Исследование связано с растущими опасениями, что гидроразрыв «вызывает все более сильные землетрясения максимальной магнитуды», - пишут Харрингтон и ее коллеги в своей статье, опубликованной при финансовой поддержке инициативы открытой науки.
Сильнейшее землетрясение, вызванное гидроразрывом, произошло в Китае в 2018 году и имело силу магнитуды 5,7, такую же магнитуду, как, например, естественное землетрясение в Пакистане, в результате которого в 2021 году погибло не менее 20 человек. Таким образом, хотя эти искусственные землетрясения случаются редко, они могут нанести серьезный вред.
Геофизик из Колумбийского университета Хизер Сэвидж рассказывает участникам Всемирного фестиваля науки о геологической связи между гидроразрывом и землетрясениями.
В последние годы исследования связали удаленные землетрясения с гидроразрывом и обнаружили, что закачка жидкости может вызывать землетрясения «намного быстрее и более далеко», чем считалось ранее.
Исследование такого рода, направленное на понимание того, как гидроразрыв вызывает незначительные толчки, ведущие к более сильным землетрясениям, предоставляет важные доказательства связи процессов добычи полезных ископаемых с ущербом от землетрясений, не в последнюю очередь для жителей, живущих вблизи участков гидроразрыва пласта, которые долгое время выступали против этой практики, опасаясь нанесения ущерба собственности, водоснабжению и средствам к существованию.
«Ввиду отсутствия известного механизма, с помощью которого гидроразрыв может вызвать землетрясения на расстоянии более одной или двух миль от буровых площадок, операторы часто не признают ответственности за такие землетрясения», - написала геолог Джиллиан Фулджер в The Conversation в 2019 году.
Большая часть этих исследований была вызвана резким увеличением сейсмической активности на Среднем Западе США за последние несколько десятилетий, а также наблюдениями за подземными толчками, которые сохраняются через месяцы или даже годы после извлечения полезных ископаемых.
Более того, исследование 2013 года показало, что нефтяные и газовые месторождения, подвергшиеся воздействию сточных вод, подвержены землетрясениям средней силы, вызванным другими сильными землетрясениями за тысячи километров от них, с эпицентрами под другими континентами.
Хотя некоторые сейсмологи утверждают, что лучшее понимание землетрясений, вызванных гидроразрывом, помогает управлять и смягчать связанные с ними риски, и что индуцированные землетрясения редки, у многих людей возникает вопрос, должен ли вообще происходить гидроразрыв, учитывая траекторию, на которой находится наша планета - путь к катастрофическому глобальному потеплению, которого можно избежать, только если мы постепенно откажемся от ископаемого топлива.
В этом отношении, этот комплекс исследований по изучению землетрясений, вызванных гидроразрывом, также имеет некоторые серьезные разветвления для уже спорных технологий улавливания и хранения углерода, которые еще не испытаны в большом масштабе и аналогичным образом связаны с закачиванием захваченного углерода глубоко под землю.
«Вызванный землетрясением разрыв искусственного резервуара с углекислым газом сведет на нет дорогостоящие усилия по предотвращению попадания газа в атмосферу, а также поставит под угрозу здоровье местных жителей, поэтому понимание того, как управлять такими рисками, является обязательным при разработке такой технологии», - написала Фулджер.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.
Источник: ScienceAlert
