En närmare titt på små jordbävningar som ägde rum vid Oroville Dam i Kaliforniens foten av Sierra Nevada i februari 2017 – nära tiden då dammens utsläpp misslyckades – tyder på att den seismiska aktiviteten var relaterad till reservoarutsläpp som öppnade och stängde sprickor i berget nedanför utloppet.

Det verkar troligt att vätska som läckte genom sprickor i huvudavloppet förändrade trycket på de underliggande bergsprickorna, får dem att sakta öppna och sedan slå igen, om och om, enligt rapporten i Bulletin från Seismological Society of America .

Forskare vid U.S. Geological Survey kunde upptäcka mer än 19, 000 mycket små seismiska händelser som inträffat under de senaste 25 åren, uppenbarligen som ett resultat av att dessa sprickor öppnas och stängs under spillwayen.

De seismiska händelserna orsakade inte haveriet i dammens huvudsakliga utlopp i mitten av februari 2017, sa USGS seismolog Robert Skoumal, som ledde forskargruppen.

"Dessa seismiska händelser var inte direkt associerade med spillway-felet. Även om experter fastställde att vatten som läckte genom spillway-sprickor ledde till felet, vi tror att detta läckande vatten också orsakade de seismiska händelserna, " förklarade Skoumal. "Dessa seismiska händelser inträffade i decennier före fel, och fortsatte att inträffa efter själva misslyckandet."

Skoumal och hans kollegor tittade närmare på seismiska signaler som ligger nära dammen efter att två små jordbävningar med magnituden 0,8 och 1,0 inträffade den 14 februari 2017. Efter ovanligt kraftiga regn i området och rekordstora vattennivåer i Oroville-reservoaren, delar av Oroville-dammens huvudbrunn rasade sönder mellan 7 och 12 februari, föranledde evakueringen av nästan 188, 000 människor i Oroville, Kalifornien område.

Genom att använda en teknik som kallas mallmatchning för att söka efter händelser som liknar jordbävningen i februari 2017 med magnitud 1,0, forskarna upptäckte mer än 19, 000 små seismiska händelser vid dammen som inträffade mellan maj 1993 och april 2018.

Jordbävningarna i februari 2017 var spännande för Skoumal och hans kollegor i ljuset av en jordbävningssekvens med magnituden 5,7 från 1975 som tidigare var kopplad till fyllningen av Oroville-reservoaren. "Vi ville veta om dessa senaste jordbävningar också kan relateras till snabba förändringar i reservoarnivån och avgöra om dessa händelser kan vara föregångare till jordbävningar med större magnitud, sa Skoumal.

Dagen efter jordbävningarna med magnituden 0,8 och 1,0, som var för små för att kunna kännas av människor, forskarna gjorde en preliminär analys, "och mycket snabbt såg vi att det fanns massor av den här typen av jordbävningar, ligger nära utloppet, och de såg inte ut som naturliga händelser, ", tillade Skoumal.

Jordbävningar så små som Oroville-händelserna upptäcks ofta inte av vanlig seismisk övervakning, så forskarna vände sig till en teknik som kallas mallmatchning för att söka efter andra seismiska signaler från reservoarområdet. "Med detta tillvägagångssätt, vi behandlar vågformen från en framgångsrikt identifierad jordbävning som ett "fingeravtryck, "" förklarade Skoumal. "Vi tar det "fingeravtrycket" och läser igenom årtionden av data och letar efter signaler som ser likadana ut, bara med mindre amplitud."

Tekniken fungerar bra med jordbävningssvärmar — många jordbävningar som inträffar under en kort tidsperiod. Svärmar kan förekomma naturligt, nära vulkaner eller inom tektoniska subduktionszoner, men de är också vanliga i fall av seismicitet inducerad av mänsklig aktivitet, sa Skoumal.

"Vi såg tusentals små händelser, som plötsligt slog på och av, så vi visste att det fanns någon sorts trigger som orsakade dessa händelser, " sa han. "Men det var ett pussel vid den tidpunkten. Om det var inducerat, vi trodde att det skulle vara relaterat till själva reservoaren, eftersom det finns många exempel på reservoarer som framkallar jordbävningar."

Dock, när forskarna jämförde seismiska data med vattennivåerna i reservoaren, det fanns bara ett svagt samband mellan de små jordbävningarna och höga vattennivåer. Istället, data om Oroville spillway-användning från California Department of Water Resources visade sig passa de seismiska data perfekt. De små jordbävningarna inträffade under tider av utflöde från reservoaren över utsläppet, och de var inte relaterade till de processer som var ansvariga för 1975 års jordbävningssekvens.

Utsläpp från spill som läcker genom sprickor i brädden skapade sannolikt snabba förändringar i vätsketrycket längs sprickor i det väderbitna berget som ligger under spillwayen. Forskarna drog slutsatsen att denna process kunde ha fått sprickorna att upprepade gånger öppna och stänga och generera de seismiska svärmarna.

"Kommer de seismiska händelserna att återkomma när de återupptar användningen av spillwayen, som sedan har reparerats, eller är de borta för gott? Beroende på mängden nederbörd vi får, vi kanske kommer att ta reda på det här under nästa år eller två, " han sa.