Stanford geovetenskapare har tagit fram ett sätt att upptäcka tusentals svaga, tidigare missade jordbävningar utlöst av hydraulisk sprickbildning, eller "fracking".

Tekniken kan användas för att övervaka seismiska aktiviteter vid frackingoperationer för att minska sannolikheten för större, potentiellt skadliga jordbävningar från att inträffa, enligt den nya studien.

"Dessa små jordbävningar kan fungera som kanariefåglar i en kolgruva, "säger studieförfattaren William Ellsworth, en professor (forskning) i geofysik vid Stanford's School of Earth, Energi- och miljövetenskap. "När de händer, de bör ses som varningsindikatorer för underjordiska förhållanden som kan leda till större jordbävningar. "

Fracking innebär att man injicerar högtrycksvätska under jorden för att spräcka öppna stenar och släppa ut den naturgas som är instängd. När klipporna spricker, de producerar små jordbävningar som vanligtvis var för små för att upptäckas - tills nu.

"I vår studie, du kan faktiskt se enskilda jordbävningar inträffa bredvid delen av en brunn som bryts, "sa Stanford doktorand Clara Yoon, huvudförfattare till studien publicerad i Journal of Geophysical Research .

Arkansas jordbävningar

I oktober 2010, invånare nära ett naturgasfält i Arkansas skakades av en jordbävning på 4, som följdes av två större efterskalv i februari 2011.

Forskare säger att dessa stora jordbävningar orsakades av injektioner av avloppsvatten från frackingplatser i djupa underjordiska brunnar, och inte genom att fracka operationer närmare ytan.

"Detta var några av de första jordbävningarna relaterade till skiffergasutveckling för att väcka nationell uppmärksamhet, "Sa Ellsworth.

Jordbävningar av magnitud 4 och högre har därefter skramlat Oklahoma, Texas och andra gas- och oljeproducerande stater.

Data mining

Med hjälp av en avancerad dataminingalgoritm utvecklad av Yoon och hennes kollegor, Stanford -teamet genomförde en retrospektiv analys av seismisk aktivitet i Arkansas före händelsen magnitude 4. Algoritmen använder igenkänning av jordbävningsmönster för att generera detaljerade register över seismicitet.

Analysen spårade seismiska händelser som genererades vid produktionsbrunnar som använde fracking och vid djupare brunnar för avfallshantering i närheten.

"Vi var intresserade av hur sekvensen som ledde till jordbävningen med magnitud 4 började, "Sa Yoon." Vi tittade på den tidigaste perioden av seismisk aktivitet 2010, från 1 juni till 1 september, när injektionen av avloppsvatten bara började. "

När Yoon körde algoritmen på denna dataset, hon upptäckte mer än 14, 000 små, tidigare orapporterade jordbävningar. Genom att jämföra tidpunkten och platsen för skakningarna med vätskeinjektionsdata från delstaten Arkansas, Yoon kunde visa att de flesta av jordbävningarna var det direkta resultatet av fracking -operationer vid 17 av de 53 produktionsbrunnarna.

"Det var en överraskning, "sa medförfattaren Gregory Beroza, Wayne Loel professor i geofysik vid Stanford. "Man hade tänkt, och vi tänkte, att tidiga jordbävningar i detta område var relaterade till injektion av avloppsvatten. Men vi fann att majoriteten orsakades av fracking. "

Ihållande skalv

Många av de fracking-inducerade jordbävningarna var också större och mer uthålliga än förväntat-ovanliga egenskaper som indikerar potentiella problem framöver.

Jordbävningar som genereras av fracking är vanligtvis inte större än magnitud 0. Det motsvarar mängden energi som släpps ut när en mjölkkartong träffar golvet efter att ha ramlat av en räknare.

Men flera jordbävningar som observerades i studien var magnitud 1, som är 31 gånger starkare än en skalv på 0. Några var över magnitud 2, som är 1, 000 gånger starkare än magnitud 0.

De flesta fracking-inducerade skalv inträffar nära brunnen och försvinner snabbt. Men några av Arkansas jordbävningar var belägna långt från brunnhålet och fortsatte veckor efter att fracking -operationerna hade avslutats.

"Vi blev särskilt förvånade över storleken och uthålligheten av seismiciteten, "Sa Ellsworth." När jordbävningar under fracking -operationer är större än förväntat och kvarstår i veckor, det indikerar en hög stressnivå i det området. Fel under hög stress är instabila och kan glida, utlöser större jordbävningar. "

Det faktum att fracking nära avloppsbrunnar orsakade tusentals jordbävningar - för många, för stor och varade för länge - var en röd flagga som stressade förhållanden djupare ner också grundades för att skapa instabilitet som utlöste större jordbävningar, han lade till.

"Vi vill uppmuntra till kontinuerlig seismisk övervakning innan frackingverksamheten startar, medan de pågår och när de är klara, "Beroza sa." Algoritmen Clara utvecklade erbjuder en effektiv, kostnadseffektiv metod för att få ut mer information av befintlig data, så att informerade beslut i framtiden kan fattas som minskar risken för större jordbävningar. "