En studie av jordbävningar orsakade av att injicera vätskor djupt under jorden har avslöjat överraskande mönster, föreslår att nuvarande rekommendationer för hydraulisk sprickbildning, bortskaffande av avloppsvatten, och geotermiska brunnar kan behöva revideras.

Forskare vid UC Santa Cruz sammanställde och analyserade data från hela världen för jordbävningar som tydligt förknippas med injektionsbrunnar. De fann att en enda injektionsbrunn kan orsaka jordbävningar på avstånd mer än 6 miles (10 kilometer) från brunnen. De fann också att i allmänhet, injicera vätskor i sedimentärt berg kan orsaka större, mer avlägsna jordbävningar än att injicera i den underliggande källarstenen.

"Det här är problematiskt, eftersom det nuvarande rådet är att företrädesvis injicera i den sedimentära sekvensen som ett teoretiskt säkrare alternativ till källarberget, sa Emily Brodsky, professor i jord- och planetvetenskap vid UC Santa Cruz.

Postdoktorn Thomas Goebel sa att nyckelfrågan är det rumsliga fotavtrycket av inducerad seismicitet runt injektionsbrunnen. "Det är inte så att källarstenen är säker, eftersom det fortfarande finns möjlighet att stöta på ett fel i källarberget som kan orsaka en stor jordbävning, men sannolikheten minskar eftersom det rumsliga fotavtrycket är mindre, " han sa.

I en tidning publicerad 31 augusti i Vetenskap , Goebel och Brodsky beskrev två distinkta mönster av inducerad seismicitet, som de förknippade med olika fysiska mekanismer som verkar i källarberg och sedimentärt berg. I det första mönstret, i samband med injektion i källarberg, jordbävningar tenderar att inträffa i ett kompakt kluster runt brunnen, med en brant nedgång i jordbävningar längre bort från brunnen. I det andra mönstret, associerad med sedimentär bergart, inducerade jordbävningar minskar gradvis med avståndet från brunnen och inträffar på mycket större avstånd.

Den fysiska mekanismen genom vilken injektionsbrunnar inducerar jordbävningar ansågs vara ett direkt resultat av ökat vätsketryck i bergets porer, gör att fel glider lättare. Denna mekanism kan förklara det rumsliga mönstret av seismicitet som ses vid injektion i källarberg, sa Goebel. Men mönstret som ses vid injektion i sedimentärt berg antyder en annan mekanism som är ett resultat av effektiv "poroelastisk koppling, " som styr bergets förmåga att överföra vätskepåkänningar in i den fasta bergmatrisen.

"När du injicerar vatten i marken, det trycker på det omgivande berget och skapar elastisk spänning i berget, som kan sätta press på fel på avstånd utan att sätta vatten i dessa fel. Så om porelasticitet är dominerande, du slutar med ett större fotavtryck eftersom det laddar angränsande fel utanför området med ökat portryck, sa Brodsky.

Enligt Goebel, den kristallina källarbergarten är styvare och har lägre porositet än sedimentär bergart. "Därför, ökningen av portrycket är begränsad till isolerade fickor runt brunnen, och kopplingen av det till det totala spänningsfältet är låg, " han sa.

Goebel sa att deras fynd hjälper till att förklara omfattningen av inducerad seismicitet i regioner som Oklahoma där det finns många injektionsplatser i olje- och gasfält. Oklahoma har sett en dramatisk ökning av jordbävningar sedan 2010, till den grad att det nu sker fler jordbävningar varje år i Oklahoma än i Kalifornien. Goebel och Brodsky inkluderade inte platser i Oklahoma i sin studie, dock, eftersom det finns så många injektionsbrunnar kunde de inte isolera effekterna av enskilda brunnar.

"I Oklahoma, de injicerar i den högporösa sedimentära enheten ovanför källaren, men dessa elastiska spänningar kan överföras över ett stort avstånd, så att du kan aktivera ett stort källarfel på ett avstånd av 10 kilometer, " Sa Goebel. "Det kan vara vad vi ser på platser som Oklahoma."