Små jordbävningar i Ohio, Pennsylvania, Västra Virginia, Oklahoma och Texas kan kopplas till hydrauliska sprickbrunnar i dessa regioner, enligt forskare som talar vid SSA 2019 års möte.
Även om det är relativt sällsynt jämfört med jordbävningar orsakade av avloppsvatten i olje- och gasfält i centrala USA, Michael Brudzinski från Miami University i Ohio och hans kollegor har identifierat mer än 600 små jordbävningar (mellan magnituden 2,0 och 3,8) i dessa stater.
Brudzinski sa att dessa jordbävningar kan vara "underskattade" jämfört med seismicitet relaterad till avloppsvatten eftersom de verkar inträffa mer sällan. Han och hans kollegor studerar trenderna relaterade till sannolikheten för inducerad seismicitet från hydraulisk sprickning eller fracking, vilket skulle kunna hjälpa industrin och statliga tillsynsmyndigheter att bättre hantera borrpraxis.
Okonventionell amerikansk oljeproduktion, som utvinner olja från skiffer och täta stenar med en mängd olika borrtekniker, har kopplats till en ökning av mänskligt inducerade jordbävningar över mitten av USA:s kontinent i nästan ett decennium. Forskare som studerar ökningen på platser som Oklahoma tror att den främsta drivkraften bakom denna ökning av seismicitet är insprutningen av avloppsvatten som produceras genom utvinning tillbaka till berglager, vilket ökar portrycket i bergarter och kan påverka spänningar längs förkastningar i lager som valts ut för omhändertagande.
Hydraulisk sprickbildning använder trycksatt vätska för att bryta isär eller skapa sprickor i en bergformation genom vilka petroleum och naturgas kan flöda och lättare utvinnas.
I den östra halvan av Ohio och andra delar av Appalachian Basin, där det har skett en dramatisk ökning av naturgasproduktionen under de senaste två decennierna, frackingbrunnar är vanligare än avloppsbrunnar, delvis för att de geologiska skikten som innehåller olja och gas inte är lika blöta som på platser som Oklahoma, minskar behovet av avloppsvatten.
De många frackingbrunnarna i östra Ohio fick Brudzinski och hans kollegor att titta närmare på om små jordbävningar i regionen kunde kopplas till frackingverksamhet. "Brunnarna är mer spridda när de är aktiva, och det sker inte så mycket avloppsvatten, Brudzinski förklarade, "så att du kan se lite mer specifikt och direkt när avloppsvattenavfall genererar seismicitet och när hydraulisk sprickbildning genererar seismicitet i Appalachian Basin."
Forskarna använde en teknik som kallas multi-station mallmatchning, som skannar igenom hundratals seismiska signaler för att hitta de som matchar "fingeravtrycket" från kända jordbävningar. Tekniken gjorde det möjligt för dem att upptäcka små jordbävningar som annars skulle ha förbisetts, och att jämföra den mer kompletta jordbävningskatalogen i en region med information om tidpunkten och platsen för regionala frackingbrunnar.
Seismologer identifierar jordbävningar som orsakade av hydrauliska sprickbrunnar när de är tätt kopplade i tid och rum till frackingoperationer. Fracking-relaterad seismicitet tenderar också att se annorlunda ut än seismicitet orsakad av avloppsvatten, sa Brudzinski.
"Den [fracking] seismiska signaturen när du tittar på den i en slags tidslinje visar dessa skurar av seismicitet, hundratals eller ibland tusentals händelser under ett par dagar eller veckor, och så är det tyst igen. Du tenderar inte att se det mönstret med avloppsvatten, " han förklarade.
Brudzinski och hans kollegor använder nu sin datauppsättning från Oklahoma för att titta på hur en mängd olika variabler kan påverka sannolikheten för fracking-inducerade jordbävningar, från volymen och viskositeten hos den injicerade vätskan till djupet av bergskikten som målsatts av fracking.
"Den som har stuckit ut för oss mest är att brunnens djup är mer kopplat till sannolikheten för seismicitet än vi förväntade oss, sa Brudzinski.
Det är inte bara ju djupare brunnen är, desto mer sannolikt är det närmare källarberg och mogna förkastningar som sannolikt kommer att halka, han sa, även om det fortfarande kan spela en roll i dessa jordbävningar. Istället, övertryck verkar ha en starkare korrelation med fracking-inducerad seismicitet. Övertryck uppstår när det finns högt vätsketryck i bergarter begravda djupt i en bassäng av många överliggande bergskikt. "Det är en av de starkaste trenderna vi sett, sa Brudzinski.
Forskarna har diskuterat några av sina resultat med kollegor i Kanada och Kina, där inducerad seismicitet från frackingverksamhet studeras noggrant. "Vi gör den sortens internationella jämförelser för att få bättre koll på de framträdande egenskaperna och trenderna som inte bara är knutna till en specifik plats, sa Brudzinski.
