Denna förenklade hydrologimodell visar undergrunden av Oklahoma. Arbuckle Group är det område där mest avloppsvatten injiceras. Detta lager gör att vätska lätt kan förflyttas till avlägsna områden. Det tillsatta vattnet orsakar stress när det färdas och kan orsaka jordbävningar när det stöter på redan existerande fel. Kredit:University of Oklahoma
University of Oklahoma Mewbourne College of Earth and Energy biträdande professor Xiaowei Chen och en grupp geovetare från Arizona State University och University of California, Berkeley, har skapat en modell för att prognostisera inducerad jordbävningsaktivitet från omhändertagande av avloppsvatten efter olje- och gasproduktion.
"I den här regionen av landet, för varje fat olja som produceras från marken, vanligtvis utvinns också mellan åtta och nio fat vatten från många brunnar, " sa Chen.
Den stora mängden vatten leder till ett problem för oljeproducenterna - vad ska man göra med det?
Kallas även saltlake, detta avloppsvatten innehåller salt, mineraler och spårmängder av olja, gör det oanvändbart för konsumtion eller jordbruksändamål och kostnadsförbud att behandla. Det kasseras genom att injicera det tillbaka i jorden, djupt in i porösa klippformationer.
Avloppsvatteninjektion kan orsaka jordbävningar, förklarade Chen, och medan de flesta av de senaste jordbävningarna i Oklahoma har varit små, flera har varit över 3,0 på Richterskalan.
Chen och ett team av forskare, ledd av Guang Zhai och Manoochehr Shirzaei från ASU, och Michael Manga från UC Berkeley, bestämde sig för att hitta ett sätt att göra inducerade jordbävningar i Oklahoma förutsägbara och små.
Deras metod, förklarade Chen, var att "skapa en modell som korrelerar injicerad avloppsvattenvolym med stressförändringar på närliggande förkastningar och antalet jordbävningar i det området."
Att hitta formeln
Att förutsäga mängden seismisk aktivitet från avloppsvatteninjektion är svårt eftersom det innebär att ta hänsyn till många variabler:
Teamet tog sig an varje fråga.
Chen och hennes forskarkollegor studerade hydrologiparametrar under ytan - hur snabbt vätska rör sig i porösa bergarter och hur snabbt införd vätska förändrar spänningen i källaren under ytan. Detta är viktigt eftersom den underjordiska källaren är platsen för Oklahomas inducerade jordbävningar.
Medan ASU -teamet använde satellitdata för att bestämma parametrar för hydrologi under ytan, Chen fokuserade på rymd- och tidsfördelningar av jordbävningar, och bestämda hydrologiparametrar genom att titta på hur snabbt jordbävningar rör sig bort från injektionszoner. Genom att jämföra båda uppsättningarna data, forskare ökade sin noggrannhet ytterligare.
Som det visar sig, Arbuckle-gruppen, ett sedimentärt lager som sitter på toppen av den underjordiska källaren djupt inne i jorden, är särskilt genomsläpplig, tillåta saltlake, och därför jordbävningar, att enkelt sprida.
"När vi injicerar saltlösning i Arbuckle-gruppen på ett djup av 1-3 kilometer, den kan transporteras genom de porösa stenarna, modifiera påfrestningar och orsaka jordbävningar på källarfel, " sa Chen.
Nästa, forskare kan ansluta mängden vätska till modellen. Genom att lägga till volymen vätska som injiceras i ett visst område i deras modell, de kan avgöra vilken stress det kommer att lägga på den regionen när den sprider sig.
Med saltlösningsvariablerna redovisade, forskare lade sedan till information om redan existerande fel i regionala beräkningar. Ju mer forskare vet om ett visst område, desto mer exakta blir uppgifterna.
"Om vi ska verka i ett område där vi inte har någon tidigare seismicitet, det kommer att vara lite utmanande att prognostisera korrekt, ", sa Chen. "Men genom att arbeta i ett nytt område och ta realtidsparametrar, Operatörer och forskare borde kunna förutse framtida beteende."
Resultat
Chen hoppas att genom att följa resultaten av de modeller hon hjälpte till att skapa, oljeoperatörer i staten kan skapa nya protokoll för hur mycket avloppsvatten som ska injiceras och var.
Detta kan hjälpa till att förhindra stora inducerade jordbävningar i Oklahoma. Chen tror inte att kommande protokoll helt och hållet kommer att stoppa inducerad seismicitet, men snarare hjälper till att begränsa jordbävningens storlek och hastighet med begränsad injektionskontroll. Denna metod kan förutsäga framtida inducerad seismicitet.
Chen förutser ett protokoll som liknar tornadoklockor - ett tidsfönster där Oklahomaborna varnas för att de kan känna mindre skakningar i en del av staten.
Enligt Chen, detta är ett område där de nära arbetsbanden mellan geovetare och petroleumingenjörer kommer att behöva bli ännu starkare. Än så länge, hennes forskning har väckt intresse från både geovetare och petroleumingenjörer inom industri och akademi.
