Två gigantiska sjunkhål nära Wink, Texas, kan bara vara toppen av isberget, enligt en ny studie som fann alarmerande hastigheter av ny markrörelse som sträcker sig långt bortom de ökända sänkhålen.

Det är upptäckten av ett geofysiskt team från Southern Methodist University, Dallas som tidigare rapporterade den snabba takten med vilken sänkhålen expanderar och nya bildas.

Nu har teamet upptäckt att olika platser i stora delar av fyra Texas grevskap också sjunker och lyfter.

Radarsatellitbilder visar betydande rörelser av marken över ett område på 4000 kvadratkilometer – på ett ställe så mycket som 40 tum under de senaste två och ett halvt åren, säger geofysikerna.

"Markrörelsen vi ser är inte normal. Marken gör vanligtvis inte detta utan någon orsak, " sa geofysikern Zhong Lu, en professor vid Roy M. Huffington Institutionen för geovetenskaper vid SMU och en global expert på satellitradarbildanalys.

"Dessa faror utgör en fara för invånarna, vägar, järnvägar, vallar, dammar, och olje- och gasledningar, samt potentiell förorening av grundvatten, " sa Lu. "Proaktiv, kontinuerlig detaljerad övervakning från rymden är avgörande för att säkerställa säkerheten för människor och egendom."

Forskarna gjorde upptäckten med analys av radarbilder med medelupplösning (15 fot till 65 fot) tagna mellan november 2014 och april 2017. Bilderna täcker delar av fyra oljefältslän där det finns stor produktion av kolväten från det oljerika västerlandet Texas Permian Basin.

Bildspråket, i kombination med oljekällors produktionsdata från Texas Railroad Commission, antyder att områdets instabila mark är förknippat med årtionden av oljeaktivitet och dess effekt på stenar under jordens yta.

SMU-forskarna varnar för att markrörelser kan sträcka sig utöver vad radarn observerats i fyra länsområden. Hela regionen är mycket sårbar för mänsklig aktivitet på grund av dess geologi - vattenlösliga salt- och kalkstensformationer, och skifferformationer.

"Vår analys tittade på just detta 4000 kvadratkilometer område, " sa studiens medförfattare och forskare Jin-Woo Kim, en forskare vid SMU Institutionen för geovetenskaper.

"Vi är ganska säkra på att när vi tittar längre, och vi är, att vi kommer att upptäcka att det finns markrörelse även utöver det, " sa Kim. "Denna region i Texas har punkterats som en nålkudde med oljekällor och injektionsbrunnar sedan 1940-talet och våra fynd associerar den aktiviteten med markrörelse."

Lu, Shuler-Foscue ordförande på SMU, och Kim rapporterade sina fynd i Nature-publikationen Vetenskapliga rapporter , i artikeln "Samband mellan lokaliserade geofaror i västra Texas och mänskliga aktiviteter, igenkänd av Sentinel-1A/B satellitradarbilder."

Forskarna analyserade satellitradarbilder som offentliggjordes av European Space Agency, och kompletterade det med oljeaktivitetsdata från Texas Railroad Commission.

Studien är bland de första i sitt slag för att identifiera småskaliga deformationssignaler över ett stort område genom att dra från stora datamängder som spänner över ett antal år och sedan lägga till kompletterande information.

Forskningen stöds av NASA Earth Surface and Interior Program, och Shuler-Foscue Endowment vid SMU.

Bilder fångar förändringar som annars skulle kunna förbli oupptäckta

SMU-geofysikerna fokuserade sin analys på små, lokaliserad, snabbt utvecklande farliga markrörelser i delar av Winkler, Avdelning, Reeves och Pecos län, ett område nästan lika stort som Connecticut. Studieområdet omfattar städerna Pecos, Monahans, Fort Stockton, Kejserlig, Blink och Kermit.

Bilderna från European Space Agency är resultatet av satellitradarinterferometri från nyligen uppskjutna satelliter i omloppsbana med öppen källkod som gör radarbilder fritt tillgängliga för allmänheten.

Med interferometrisk syntetisk bländarradar, eller kortfattat InSAR, satelliterna gör det möjligt för forskare att upptäcka förändringar som inte är synliga för blotta ögat och som annars kan förbli oupptäckta.

Satellittekniken kan fånga markdeformation med en noggrannhet på mindre än tum eller bättre, med en rumslig upplösning på några få yards eller bättre över tusentals miles, säger forskarna.

Markrörelse i samband med oljeaktivitet

SMU-forskarna fann ett signifikant samband mellan markrörelser och oljeaktiviteter som inkluderar trycksatt vätskeinjektion i regionens geologiskt instabila bergformationer.

Vätskeinjektion inkluderar saltvatteninjektion i närliggande brunnar, och koldioxidöversvämning av utarmade reservoarer för att stimulera oljeutvinning.

Injicerade vätskor ökar portrycket i stenarna, och frigörandet av stressen följs av marklyft. Forskarna fann att markrörelser sammanföll med närliggande sekvenser av avloppsvatteninsprutningshastigheter och volym och CO2 -injektion i närliggande brunnar.

Också relaterade till markens sjunkande och omvälvning är upplösning av saltformationer på grund av att sötvatten läcker in i övergivna underjordiska oljeanläggningar, samt utvinning av olja.

Sjunkande och höjning upptäckts från Wink till Fort Stockton

Som man kan förvänta sig, den mest betydande sättningen är ungefär en halv mil öster om det enorma slukhålet Wink No. 2, där det finns två sänkningsskålar, varav en har sjunkit mer än 15,5 tum per år. Det snabba sjunket orsakas med största sannolikhet av att vatten läcker genom övergivna brunnar in i Saladoformationen och löser upp saltlager, hotar möjlig markkollaps.

Vid två avloppsvatteninjektionsbrunnar 9,3 miles väster om Wink och Kermit, radarn upptäckte en omvälvning på cirka 2,1 tum som sammanföll med ökningar av injektionsvolymen. Injektionsbrunnarna sträcker sig cirka 4, 921 fot till 5, 577 fot djupt in i en sandstensformation.

I närheten av 11 CO2-injektionsbrunnar nästan sju mil sydväst om Monahans, radaranalysen upptäckte en ythöjning på mer än 1 tum. Brunnarna är ca 2, 460 fot till 2, 657 fot djupt. Som med avloppsvatteninjektion, CO2-injektion ökade portrycket i berget, så när stressen lättade följdes den av en höjning på cirka 1 tum vid ytan.

Forskarna tittade också på ett område 4,3 miles sydväst om Imperial, där betydande sättningar från sötvatten strömmar genom spruckna brunnshylsor, korroderade stålrör och urpluggade övergivna brunnar har rapporterats allmänt.

Vatten där har läckt in i den lättupplösta saladoformationen, skapade tomrum, och fick marken att sjunka och vatten att stiga upp från underytan, inklusive att skapa Boehmer Lake, som inte fanns före 2003.

Radaranalys av SMU-teamet upptäckte snabba sättningar som sträckte sig från tre fjärdedelar av en tum till nästan 4 tum runt aktiva brunnar, övergivna brunnar och föräldralösa brunnar.

"Rörelser runt vägarna och oljeanläggningarna sydväst om Imperial, Texas, bör övervakas noggrant för att mildra potentiella katastrofer, " skriver forskarna i studien.

Cirka 8,5 mil söder om Pecos, deras radaranalys upptäckte mer än 1 tum av sättningar nära nya brunnar som borrats via hydraulisk sprickbildning och i produktion sedan början av 2015. Det har också registrerats sex små jordbävningar där under de senaste åren, vilket tyder på att markens deformation genererade ackumulerad spänning och fick befintliga förkastningar att glida.

"Vi har sett en ökning av seismisk aktivitet runt Pecos under de senaste fem till sex åren. Före 2012, jordbävningar hade inte registrerats där. På samma gång, våra resultat indikerar tydligt att markdeformation nära Pecos sker, " sa Kim. "Även om jordbävningar och ytsättningar kan vara tillfälligheter, vi kan inte utesluta möjligheten att dessa jordbävningar inducerades av kolväteproduktionsaktiviteter."

Forskare:Öka nätverket av seismiska stationer för att bättre upptäcka aktivitet

Kim uppgav behovet av förbättrad jordbävningsplats och detektionströskel genom ett utökat nätverk av seismiska stationer, tillsammans med kontinuerlig ytövervakning med de demonstrerade radarfjärranalysmetoderna.

"Detta är nödvändigt för att lära sig orsaken till den senaste tidens ökade seismiska aktivitet, " sa Kim. "Våra ansträngningar att kontinuerligt övervaka West Texas med denna avancerade satellitteknik kan hjälpa till att upprätthålla säker, pågående oljeproduktion."

Nästan realtidsövervakning av markdeformation möjlig inom några år

Satellitradaruppsättningarna gjorde det möjligt för SMU-geofysikerna att upptäcka både tvådimensionell öst-västlig deformation av marken, liksom vertikal deformation.

Lu, en ledande forskare inom InSAR-tillämpningar, är medlem i vetenskapsteamet för det dedikerade amerikanska och indiska NASA-ISRO (kallad NISAR) InSAR-uppdrag, planeras att lanseras 2021 för att studera faror och globala miljöförändringar.

InSAR kommer åt en serie bilder tagna med ett avläsningsradarinstrument monterat på den kretsande satelliten Sentinel-1A/B. Satelliterna kretsar 435 miles över jordens yta. Sentinel-1A lanserades 2014 och Sentinel-1B 2016 som en del av EU:s Copernicus-program.

Sentinel-1A/B-konstellationen studsar en radarsignal från jorden, spelar sedan in signalen när den studsar tillbaka, levererar mätningar. Mätningarna gör det möjligt för geofysiker att bestämma avståndet från satelliten till marken, avslöjar hur egenskaper på jordens yta förändras över tiden.

"Nästan realtidsövervakning av markdeformation vid höga rumsliga och tidsmässiga upplösningar är möjlig inom några år, använder flera satelliter som Sentinel-1A/B, NISAR och andra, ", sa Lu. "Detta kommer att revolutionera vår förmåga att karakterisera mänskliga inducerade och naturliga faror, och minska deras skada på mänskligheten, infrastruktur och energiindustrin."