Ученые определили, как закачка сточных вод влияет на землетрясения
Неглубокая закачка сточных вод на местах добычи нефти и газа может привести к широкому распространению активности глубоких землетрясений, обнаружили ученые-геологи из Вирджинии, говорится в исследовании, опубликованном 10 мая в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
При добыче нефти и газа образуются токсичные побочные продукты сточных вод, называемые рассолом. По словам научного сотрудника Технологического института Вирджинии Гуан Чжая, бурильщики скважин утилизируют большое количество рассола, закачивая его в подповерхностные пласты, где его закачка может вызвать землетрясения.
Исследование проводилось в осадочном бассейне Делавэр в западном Техасе, одном из самых крупных нефтяных месторождений в США. С 2010 года в бассейне значительно увеличились объемы неглубокой закачки сточных вод. Вместе с тем повысилась глубокая сейсмичность, включая недавнее землетрясение магнитудой 5,0 вблизи Ментоны, штат Техас. Большинство землетрясений были относительно небольшими, но некоторые были сильными.
«Весьма интересно, что закачка выше толстого, в целом низкопроницаемого сланцевого коллектора может вызвать землетрясение в глубоком фундаменте, несмотря на минимальное гидравлическое соединение, — сказал Чжай. — Мы обнаружили, что так называемые пороупругие напряжения могут активировать разломы фундамента, которые возникают в результате закачки жидкости, вызывающей деформацию породы».
Пористость — это результат взаимодействия между потоком жидкости и деформациями твердых тел внутри пористого пласта, в данном случае песчаника. «Это открытие имеет важное значение, поскольку оно ставит пороупругие напряжения в центр внимания в качестве основной движущей силы землетрясений по всему бассейну в бассейне», — сказал преподаватель из Центра глобальных изменений Virginia Tech.
В ходе исследования команда изучила, как различные количества закачанного рассола возмущают напряжения земной коры глубоко под бассейном Делавэра и как эти возмущения приводят к землетрясениям на данном разломе. Чжай добавил, что «жидкости, такие как рассол и естественные грунтовые воды, могут как храниться, так и перемещаться через пористые породы».
Ученые использовали компьютерное моделирование, чтобы имитировать большой объем добычи жидкости из сланцевых коллекторов из более чем 1500 скважин для добычи сланца в период с 1993 по 2020 год, при этом 400 скважин закачивали рассол в пласты песчаника с 2010 по 2020 год. Чтобы сделать сценарий реалистичным, модель включала механические свойства горных пород в бассейне Делавэра.
Они обнаружили, что землетрясения в масштабе бассейна в основном происходят там, где глубинное напряжение увеличивается из-за неглубокой закачки. Это означает, что существует причинная связь между глубокими землетрясениями и закачкой жидкости на мелководье посредством передачи упругого напряжения.
По словам Ширзаи, помимо вмешательства человека, сами тектонические условия также помогают предопределить силу и вероятность землетрясения. Это исследование и будущая работа обеспечат эффективный способ оценки сейсмических опасностей, сочетающих в себе природные и человеческие факторы, чтобы свести к минимуму риски от сброса сточных вод при добыче природного газа.
