Stanford geofysiker har utvecklat en detaljerad karta över spänningarna som verkar i jorden i hela Permian Basin i västra Texas och sydöstra New Mexico, belysa områden i den oljerika regionen som kan löpa större risk för framtida jordbävningar orsakade av produktionsverksamhet.

Den nya studien, publicerades denna månad i tidskriften Den ledande kanten , ger en färgkodad karta över 75, 000 kvadratkilometer region som identifierar de potentiella olje- och gasutvecklingsplatser som skulle vara mest sannolikt att utlösa en jordbävning i samband med vätskeinjektion.

Tidigare Stanford-forskning har visat att avloppsvatten som injiceras som ett steg i hydraulisk sprickbildning (fracking) ligger bakom en ökning av seismisk aktivitet i delar av centrala och östra USA, särskilt i Oklahoma, med start 2005. Även om ingen av dessa små till måttliga jordbävningar ännu har orsakat betydande egendoms- eller personskador, de representerar en ökad sannolikhet för större jordbävningar.

Nu, Texas är redo att inta centrum när Permian Basin blir landets viktigaste olje- och gasproducerande region. På 1920-talet energibolag började utvinna bassängens rikliga petroleumfyndigheter under en högkonjunktur som varade i årtionden. På senare tid, framstegen inom hydraulisk spräckningsteknik har stimulerat en ny utvecklingsfrenesi. Hundratusentals brunnar kan borras i regionen under de närmaste decennierna.

"Vi vill komma undan problemet i Texas, " sa studiens medförfattare Mark Zoback, Benjamin M. Page professor i geofysik vid Stanfords School of Earth, Energi- och miljövetenskap (Stanford Earth), som ledde ett antal av Stanford-studierna i Oklahoma. "Vi vill stoppa vätskeinjektion från att utlösa även små jordbävningar i Texas så att sannolikheten för större jordbävningar minskar avsevärt."

Högstressad miljö

För att bedöma risken för framtida skalv, forskare måste först förstå riktningen för spänningarna i en region och deras ungefärliga storlek. När spänningsfältet är i linje med ett redan existerande fel på ett visst sätt, felet kan glida, potentiellt orsaka en jordbävning. I regioner som centrala och östra USA, långt från tektoniska plattgränser som San Andreas-förkastningen, denna glidning sker som en naturlig process, men väldigt sällan. Men att öka vätsketrycket på djupet minskar friktionen längs förkastningen, ibland utlöser en jordbävning.

"Vätskeinjektion kan orsaka ett skalv på ett fel som kanske inte producerar en naturlig jordbävning på tusentals år från nu, " sa studiens huvudförfattare Jens-Erik Lund Snee, en Ph.D. student vid institutionen för geofysik vid Stanford Earth.

I en tidigare studie, Zoback och postdoktor Cornelius Langenbruch fann att i Oklahoma, vätskeinjektion orsakade cirka 6, 000 år av naturliga jordbävningar kommer att inträffa om cirka fem år.

Skapa en nästa generations stresskarta

Bygger på tidigare ansträngningar för att skapa kartor över stress och seismisk potential i Permbassängen, Stanford-forskarna lade till hundratals nya datapunkter från västra Texas och sydöstra New Mexico, mycket av uppgifterna tillhandahålls av olje- och gasindustrin. Deras fynd målar upp en komplicerad bild av Permbassängen, som har några relativt konsekventa horisontella spänningsområden tillsammans med andra som visar dramatiska riktningsrotationer. "Vi blev förvånade över att se så stor variation, ", sa Lund Snee. "Det väcker många frågor om hur man kan ha sådana rotationer mitt på en kontinentalplatta, långt ifrån en plattgräns."

"Detta är ett av de mest intressanta stressfälten jag någonsin sett, ", sa Zoback. "Medan stressfältet i denna region är förvånansvärt komplext, uppgifterna är utmärkta och har dokumenterat vad det är, vi kan nu vidta åtgärder mot denna information och försöka förhindra att Permian Basin blir Oklahoma 2.0."

Ett verktyg för säkrare, effektivare borrning

Stanford-forskarna sa att den nya stresskartan ger oljebolag detaljerade kvantitativa data för att informera beslut om mer effektiva borroperationer i Permian Basin. "Detta är den mest kompletta bilden av stressorientering och relativa omfattning som de någonsin har haft, ", sa Zoback. "De kan använda dessa data varje dag för att bestämma den bästa riktningen för att borra och hur man ska utföra optimala hydrauliska fraktureringsoperationer."

Framtida studier kommer att fokusera på att förbättra kunskapen om förkastningslinjer i regionen och få en bättre förståelse av vätsketrycket, specifikt hur mängden vatteninjicering (både nu och tidigare) har påverkat de geologiska mekanismerna som arbetar i området.

"Det finns potential för många jordbävningar i det här området, ", sa Lund Snee. "Vi vill förstå vad som orsakar dem och ge företag verktygen för att undvika att trigga dem."