Koluppsättning under ytan - lagring av kolinlopp djupt under jorden - erbjuder en partiell lösning för att avlägsna kol från atmosfären. Används tillsammans med utsläppsminskningar, geologisk kolbindning kan bidra till att mildra antropogena klimatförändringar. Men som andra underjordiska operationer, det medför risker – inklusive jordbävningar.

Geofysiker arbetar fortfarande med att förstå vad som kan utlösa mänskligt framkallade jordbävningar, som har dokumenterats sedan 1960-talet. Ny studie, publiceras i Geologi på torsdag, utforskar varför en del av ett kraftigt producerat oljefält i USA har jordbävningar, och en del av det gör det inte. För första gången, författarna visar att påverkan av tidigare oljeborrningar påverkar spänningar på ett sådant sätt att injicerande vätskor är mindre benägna att inducera, eller trigger, jordbävningar idag.

Studien fokuserar på Delaware Basin, ett olje- och gasproducerande fält som sträcker sig över gränsen mellan West Texas och New Mexico. Borrning där har ägt rum sedan åtminstone 1970-talet, med över 10, 000 aktiva individuella välgörenheter som sprider regionen. Där, Stanfords geofysiker No'am Dvory och Mark Zoback noterade ett intressant mönster i seismisk aktivitet. På senare tid fanns granna jordbävningar mestadels i den södra halvan av bassängen, medan den norra halvan är seismiskt tyst, trots att ytlig avloppsvatteninjektion förekommer över bassängen.

"Den övertygande frågan, sedan, är varför alla grunda jordbävningar begränsade till ett område och inte mer utbredda?", säger Zoback.

Jordbävningar kan framkallas genom att injicera vätskor som avloppsvatten under jorden. När avloppsvatten injiceras i klipporna, trycket ökar, sätta stenar och eventuella fel som finns under högre stress. Om dessa tryck och påfrestningar blir tillräckligt höga, en jordbävning kan hända.

Jordbävningar från injektion i södra Delawarebassängen tenderar att vara grunda och relativt låga, vanligtvis tillräckligt stark för att skramla med disken, men inte tillräckligt för att orsaka skada. Dock, om djupare fel aktiveras, jordbävningar med högre magnitud kan inträffa och orsaka skador. Till exempel, i mars 2020, en jordbävning av magnituden 4,6 mullrade i Mentone, Texas, troligen på grund av djupinsprutning som interagerade med förkastningar i det kristallina källarberget runt fem miles under jord.

"Storleken på en jordbävning begränsas av storleken på felet som glider, "Dvory förklarar. Där förkastningarna är ytliga och små (bara några kilometers storlek), skalvens magnituder tenderar att vara små. "Du kan fortfarande känna det, men det är mindre farligt."

Att minimera risken för jordbävningar är ett mål för all verksamhet under ytan, oavsett om det är olje- och gasproduktion eller kolbindning. Det gjorde Delaware Basin, med dess udda mönster av jordbävningar, ett bra mål för Dvory och Zoback. Det var ett naturligt experiment inom geomekanik, "varför" bakom inducerade jordbävningar.

För att dechiffrera mönstret, Dvory och Zoback modellerade först de underjordiska tryck som behövdes för att få fel i bassängen att glida och kopplade dessa värden till uppskattade spänningsvärden. När de väl hade etablerat den baslinjen, de beräknade portrycket runt Delaware Basin. Deras resultat visade ett tydligt mönster:geologiska formationer i norra bassängen där kolväten tidigare hade producerats hade lägre porstryck än i "ostört" berg, och det fanns inga jordbävningar. Södra bassängen, som nästan inte hade någon tidigare produktion från samma formationer, hade högre initialtryck och jordbävningar.

"I vissa områden har vi bevis på olje- och gasutveckling från till och med 1950-talet, " Dvory säger. "Där det fanns betydande kolväteproduktion, trycket tömdes, och formationerna blev i huvudsak stabilare."

Nu, när vätskor injiceras tillbaka i dessa 'stallar, ' tidigare borrade bergarter, starttrycket är lägre än första gången de borrades.

"Så där oljeproduktion skedde tidigare, nuvarande insprutning ger ett obetydligt lägre tryck så att det är mycket mindre sannolikt att utlösa jordbävningar, "Förklarar Zoback." Det är inte otänkbart att någon gång, om du injicerade tillräckligt, du kan förmodligen orsaka en jordbävning. Men här i området vi studerar, vi kan dokumentera att det som hände tidigare starkt påverkar hur nuvarande operativa processer påverkar sannolikheten för att jordbävning utlöser."

Inriktning på dessa platser för tidigare oljeproduktion, med deras lägre jordbävningsrisker, kan vara ett bra tillvägagångssätt för koldioxidbindning.

"Vi har en global utmaning att lagra enorma mängder koldioxid i underjorden under de närmaste tio till tjugo åren, " säger Zoback. "Vi behöver platser för att säkert lagra massiva volymer koldioxid i hundratals år, vilket uppenbarligen inkluderar att inte tillåta tryckökningar för att utlösa jordbävningar. Betydelsen av geovetenskap för att möta denna utmaning kan inte överskattas. Det är ett enormt problem, men geovetenskap är den kritiska platsen att börja."