Ett forskarlag från Ruhr-Universität Bochum (RUB) och McGill University i Montreal undersöker exakt vad som händer under jorden när jorden i västra Kanada skakar till följd av hydraulisk sprickbildning. Laget, ledd av Bochum-baserade professor Rebecca Harrington, vill i grunden förstå hur jordbävningar uppstår – vare sig de är inducerade av människor eller naturliga. "Den hydrauliska sprickningsprocessen är något som ett uppskalat laboratorieexperiment för oss, " förklarar Harrington, som leder Hydrogeomekanikgruppen på RUB. "Vi ser vad som händer när underytan utsätts för kontrollerade stressförhållanden - under naturliga förhållanden skulle förändringar i stress vara mycket svårare att studera." RUB:s vetenskapstidning Gnid in rapporterar om fynden.

För syftet med sin studie, forskarna utvärderar register över naturliga och mänskliga inducerade jordbävningar. En av de många datakällorna är jordbävningarna som utlöstes av hydraulisk sprickbildning i ett område på cirka 50 gånger 50 kilometer i västra Kanadas sedimentbassäng. Processen används för att tappa olje- eller gasfyndigheter som ligger djupt under jorden. En blandning av vatten, sand, och svagt koncentrerad saltsyra injiceras i marken under högt tryck för att skapa sprickor i berget och göra det mer genomsläppligt att lättare utvinna gasen eller oljan. Detta kan upprepade gånger orsaka jordbävningar.

Vätskor rör sig inte riktigt som förväntat

Under 2018, ett skalv med magnituden 4,5 inträffade mycket tidigt i den hydrauliska sprickningsprocessen, när knappt någon vätska hade injicerats. "Detta visar att vätskor rör sig under jorden på ett sätt som vi inte skulle förvänta oss, " säger Harrington. RUB-teamet analyserade denna jordbävning och flera av dess efterskalv, varav den största fortfarande nådde magnituden 4,2 och 3,4, tillsammans med sina kollegor vid McGill University. De två institutionerna har satt upp 17 seismiska stationer i västra Kanadas sedimentbassäng och har därmed tillgång till ett omfattande datanätverk.

Med hjälp av dessa register, forskarna rekonstruerade källorna till de olika skalven och hur de hade spridit sig under jorden. De kopplade samman data med information om den hydrauliska sprickprocessen och arten av underytan och vätskornas interaktioner med berget. Med hjälp av datorsimuleringar, de modellerade de krafter som hade verkat i underytan under skalven. Slutsatsen:"Förmodligen fanns det en geologiskt ung förkastningszon i underytan, dvs ett nätverk av sprickor i jordskorpan, som fungerade som en naturlig väg för vätskor. Den hydrauliska sprickvätskan kan sedan strömma genom spricknätverket som en kanal, " som Rebecca Harrington beskriver processen. Vätskeflödet nådde således snabbt det underliggande felet, som störde spänningsstrukturen i underytan och utlöste en jordbävning som var kraftigare än väntat.

Analys av 8, 200 jordbävningar pågår

Det tysk-kanadensiska laget har börjat analysera omkring 8, 200 jordbävningar registrerade av seismiska stationer i västra Kanada mellan juli 2017 och september 2020. Forskarna visade att många jordbävningar inträffar på platser där naturliga geologiska förkastningar finns i underytan som vätskor interagerar med. De bevisade också att dessa förkastningar är optimalt anpassade i jordskorpans stressfält för att utlösa jordbävningar.

"Jordbävningarna kommer från industriell verksamhet, men en gång initierad, de geologiska förkastningarna beter sig ungefär som en jordbävning av naturligt ursprung, " avslutar Rebecca Harrington. "Sammantaget, våra studier tyder på att det inte finns några grundläggande skillnader mellan naturliga jordbävningar och jordbävningar som utlöses av hydraulisk sprickbildning. Allt vi lär oss om inducerade jordbävningar kan också hjälpa oss att förstå naturliga jordbävningar – och förhoppningsvis en dag hjälpa oss att minimera effekterna på människor och infrastruktur från jordbävningar."