Använda data från fältförsök och modellering av markfel, forskare vid Tufts University har upptäckt att praktiken med vätskeinjektion under ytan som används vid fracking och avloppsvatten för olje- och gasutforskning kan orsaka betydande, snabbt spridande jordbävningsaktivitet bortom vätskediffusionszonen. Djupa vätskeinjektioner - mer än en kilometer djupa - är kända för att vara förknippade med ökad seismisk aktivitet - ofta tänkta att vara begränsade till områden med vätskediffusion. Men studien, publiceras idag i tidningen Vetenskap , testar och stöder starkt hypotesen att vätskeinjektioner orsakar potentiellt skadliga jordbävningar längre bort genom långsam glidning av redan existerande felfrakturnätverk, på dominoliknande sätt.

Resultaten redogör för observationen att frekvensen av konstgjorda jordbävningar i vissa regioner i landet överstiger naturliga jordbävnings hotspots.

Studien representerar också ett bevis på konceptet för att utveckla och testa mer exakta modeller för felbeteende med hjälp av faktiska experiment på området. Mycket av vår nuvarande förståelse för fysiken för geologiska fel härrör från laboratorieexperiment som utförts på provlängdsskalor på en meter eller mindre. Dock, jordbävningar och felbrott uppstår över mycket större skalor. Observationer av felbrott vid dessa större skalor görs för närvarande på distans och ger dåliga uppskattningar av de fysiska parametrarna för felbeteende som skulle användas för att utveckla en modell av konstgjorda effekter. På senare tid, jordbävningsvetenskapssamhället har lagt resurser bakom injektionsförsök i fältskal för att överbrygga skalgapet och förstå felbeteenden i dess naturliga livsmiljö.

Forskarna använde data från dessa experimentella fältinjektioner, tidigare genomförts i Frankrike och leds av ett team av forskare baserade vid universitetet i Aix-Marseille och universitetet i Nice Sophia-Antipolis. Experimenten mätte feltryck och förskjutning, glidning och andra parametrar som matas in i felhalkmodellen som används i den aktuella studien. Tufts-forskarnas analys ger hittills den mest robusta slutsatsen att vätskeaktiverad glidning vid fel snabbt kan överstiga spridningen av vätska under jorden.

"En viktig begränsning för att utveckla tillförlitliga numeriska modeller för seismisk fara är bristen på observationer av felbeteende i dess naturliga livsmiljö, "sade Pathikrit Bhattacharya, en tidigare postdoktor vid institutionen för civil- och miljöteknik vid Tufts University's School of Engineering och huvudförfattare till studien. "Dessa resultat visar att när tillgänglig, sådana observationer kan ge en anmärkningsvärd inblick i felens mekaniska beteende och tvinga oss att ompröva deras riskpotential. "Bhattacharya är nu biträdande professor vid Earth School, Havs- och klimatvetenskap vid Indian Institute of Technology i Bhubaneswar, Indien.

Faran som orsakas av vätskeinducerade jordbävningar är en fråga som ökar allmänhetens oro i USA. Den konstgjorda jordbävningseffekten anses vara ansvarig för att göra Oklahoma-till en mycket aktiv region för olje- och gasutforskning-till den mest produktiva seismiska regionen i landet, inklusive Kalifornien. "Det är anmärkningsvärt att vi idag har regioner med konstgjord jordbävningsaktivitet som överstiger aktivitetsnivån i naturliga heta platser som södra Kalifornien, "sade Robert C. Viesca, docent i civil- och miljöteknik vid Tufts University's School of Engineering, medförfattare till studien och Bhattacharyas post-doc handledare. "Våra resultat ger validering av de misstänkta konsekvenserna av att injicera vätska djupt i underjorden, och ett viktigt verktyg för att bedöma migrationen och risken för inducerade jordbävningar vid framtida olje- och gasutforskning. "

De flesta jordbävningar som orsakas av fracking är för små - 3,0 på Richters skala - för att vara ett säkerhets- eller skadaproblem. Dock, praxis med djup injektion av avfallsprodukterna från dessa undersökningar kan påverka djupare och större fel som är stressade och mottagliga för vätskeinducerad glidning. Injektion av avloppsvatten i djupa borrhål (större än en kilometer) kan orsaka jordbävningar som är tillräckligt stora för att kännas och kan orsaka skador.

Enligt U.S. Geological Survey, den största jordbävningen som orsakades av vätskeinjektion och dokumenterad i den vetenskapliga litteraturen var en jordbävning på 5,8 i september 2016 i centrala Oklahoma. Fyra andra jordbävningar större än 5,0 har inträffat i Oklahoma till följd av vätskeinjektion, och jordbävningar av storleken mellan 4,5 och 5,0 har inducerats genom vätskeinjektion i Arkansas, Colorado, Kansas och Texas.