Рост Индуцированных Землетрясений в США

За последнее десятилетие люди, живущие в центральной части США, пережили гораздо больше землетрясений малых и средних размеров, чем когда-либо прежде. Например, хотя Оклахома находится далеко от границ между тектоническими плитами, сейсмическая активность начала там расти примерно в 2009 году и достигла пика в 2015 и начале 2016 года. До 2009 года в Оклахоме обычно происходило только одно или два небольших землетрясения с магнитудой более 3,0. в год. К 2015 году это число возросло до более чем 900 землетрясений в год, 30 из которых имели моментную магнитуду более 4,0 (что достаточно для разрушения). Одно землетрясение силой 5,7 балла произошло в районе города Прага, штат Оклахома, в 2011 году по уже существовавшей неисправности и нанесло серьезный ущерб нескольким домам и школьным зданиям. За последние шесть лет было зарегистрировано более 1500 сообщений о разрушительных сотрясениях в ранее мирных районах. Эта повышенная сейсмичность, вероятно, была вызвана деятельностью человека в промышленности. Около восьми миллионов человек жили в районах с усиленными землетрясениями, и должностные лица, ответственные за общественную безопасность, хотели понять причины такого увеличения и потенциальные угрозы для общества.

Причины возникновения землетрясений.

Земные ученые приняли вызов, чтобы лучше понять вызванные землетрясения. Научные данные свидетельствуют о том, что некоторые землетрясения были вызваны деятельностью человека в промышленности, главным образом в результате удаления соленых сточных вод, добываемых с нефтью и газом в эксплуатационных скважинах. Считалось, что большинство вызванных землетрясений были вызваны изменениями давления жидкости вблизи существовавших глубоких разломов. Жидкости сточных вод в глубоких скважинах часто находились под землей более чем в миле, а удаление сточных вод увеличивало давление на жидкости, уже занимающие поровое пространство. Это повышение давления освободило или ослабило неисправность, облегчая тем самым землетрясение.

Эта гипотеза, объясняющая причину вызванных землетрясений, была подтверждена в эксперименте Rangely, Colo., 1969 г., в котором давление жидкости в резервуаре повышалось и понижалось путем откачки. Землетрясения стали более частыми, когда давление было повышено, как предсказывала гипотеза, и редкими, когда давление было снижено. Гидравлический разрыв пласта (трещиноватость) - процесс извлечения газа и нефти, в котором используется закачка жидкости для открытия трещин в горной породе, чтобы позволить захваченному газу или сырой нефти течь через трубу к устью скважины на поверхности, - также было показано, что он вызывает землетрясения, и было обнаружено, что быть основной причиной индуцированных землетрясений в Британской Колумбии и западной Альберте, а также в некоторых местах в США. Однако сам Фрекинг не был основной причиной индуцированной землетрясения в Оклахоме и некоторых других местах в США, где землетрясения были в основном в результате закачки сточных вод. Одно известное землетрясение, связанное с извлечением жидкости, силой 4,8 балла произошло в октябре 2011 года недалеко от Фашинга, штат Техас. Другие вызванные землетрясения были вызваны заполнением водохранилищ в Неваде и Южной Каролине. В большинстве случаев такая промышленная деятельность не стимулирует землетрясения. Скорости и объемы впрыска жидкости, ориентации разломов, накопленные напряжения и свойства породы должны быть оптимальными для возникновения землетрясений.

Ученые изучили разломы и как естественные, так и вызванные землетрясения, чтобы лучше понять и предсказать размеры и места будущих вызванных землетрясений. Величина или величина землетрясения связана с областью, которая разрывается в результате разлома. Ученые изучили записи нескольких примеров исторических естественных землетрясений, которые произошли в течение последних 300 лет в центральной и восточной части США, в том числе событие с магнитудой 7,3 в 1886 году около Чарльстона, штат Южная Каролина, и серию потрясений силой около 7,5 баллов, которые произошли в 1811–12 около Нового Мадрида, Миссури. Землетрясения в восточной части Северной Америки произошли в форме сейсмической активности на непризнанных разломах в центральной Вирджинии, восточном Теннесси, восточной Канаде и Новой Англии. Многие из этих событий предшествовали промышленной деятельности и, таким образом, скорее всего, не были связаны с деятельностью человека. В течение последних нескольких лет ученые спорили о том, могут ли вызванные землетрясения вызывать сильные землетрясения на близлежащих древних разломах, в которых готовые напряжения были готовы к снятию. Землетрясение в Праге, штат Оклахома, в 2011 году ответило на этот вопрос, продемонстрировав, что землетрясения силой до 5,7 баллов могут разорваться из-за существующих длительных разломов. Поэтому наличие древних разломов было важным фактором в точном прогнозировании размера землетрясения. Тем не менее, размер и местонахождение разломов оставались плохо понятными во многих местах в центральной и восточной части США, таких как Оклахома, и Геологическая служба США, другие государственные и федеральные агентства, а также академические институты и в сотрудничестве с нефтяной промышленности, чтобы определить местонахождение тех, которые были потенциально наиболее опасными.

Пражское событие 2011 года было крупнейшим в США индуцированным землетрясением до тех пор, пока в 2016 году не произошло землетрясение магнитудой 5,8 в Пауни, штат Оклахома, которое могло быть вызвано. Однако более сильные вызванные землетрясения наблюдались в других местах. Около Койнанагара, Индия, в 1967 году, предположительно, было вызвано разрушительное сотрясение магнитудой 6,3, вызванное высоким уровнем воды, хранящейся в водохранилище, а деятельность по отбору газа в Узбекистане, вероятно, была причиной разрушительных природных землетрясений силой 7 баллов в 1976 году. и 1984. Такие данные позволяют предположить, что вызванные землетрясения, которые были сильнее, чем в Праге, были возможны Кроме того, геологи обнаружили разломы и разрывы доисторических землетрясений, вызванные землетрясениями магнитудой 7,0 в Оклахоме и Колорадо. Исследования землетрясений в континентальных районах за пределами США показали, что такие сильные природные землетрясения были возможны вдали от границ плит. Многие ученые полагали, что вызванные землетрясения могут также вызвать сильные землетрясения на неоткрытых древних разломах. Однако, если вызванное событие с магнитудой более 5,6 приведет к тому, что оно будет иметь магнитуду ближе к 6,0, чем к 7,0, аналогично землетрясениям в аналогичных регионах.

Увеличение опасности землетрясения.

Как индуцированные, так и естественные землетрясения вызывают одинаковые толчки грунта. Однако по сравнению с естественными землетрясениями вызванные землетрясения часто бывают более мелкими и могут не сотрясать землю так сильно, как эпицентр землетрясения. Несмотря на то, что между этими двумя типами наблюдались незначительные различия в встряхивании, для понимания этих свойств встряхивания требовались дополнительные исследования.

Прогнозы дрожания грунта, проведенные Геологической службой США, показали, что вызванные землетрясения увеличили опасность в Оклахоме и других местах, где промышленные процессы влияют на напряжения в земле, как показано в одногодичном прогнозе на 2016 год как для индуцированных, так и естественных землетрясений. Для расчета опасности потребовалась информация о том, где и как часто могут происходить землетрясения, их максимальные размеры и вероятные уровни землетрясений. Чтобы спрогнозировать частоту вызванных землетрясений 2016 года, ученые тщательно рассмотрели частоту землетрясений 2015 года, использовали стандартную сейсмологическую теорию - с наименьшими ожидаемыми землетрясениями, как правило, магнитудой меньше или равной 6,0 - и применили новую модель движения грунта, которая обеспечивала более точные оценки сотрясений для мелких землетрясений.

Результаты показали, что в 2016 году в Оклахоме, Канзасе, Техасе, Арканзасе, Нью-Мексико и Колорадо вероятность сотрясения была выше 1 на 100, при этом наибольшие шансы (около 1 на 10) имели место в некоторых районах северной Оклахомы и южного Канзаса., Прогнозируемые землетрясения, вызванные прогнозом, оказались вполне способными вызвать разрушение в этом регионе, если промышленная активность не ослабнет. На основании этих прогнозов мало кто удивился, когда 13 февраля около Фэрвью, штат Оклахома, произошло землетрясение силой 5,1 балла.

Однако частота землетрясений в этом регионе, по-видимому, снижалась в период между 2015 и 2016 годами. В течение первой половины 2016 года число землетрясений, происходящих, например, вблизи Ирвинга и Далласа, сократилось с примерно четырех событий магнитудой 3,0 или более до нуля. Это снижение может быть связано с ценой на нефть (которая значительно снизилась в 2015 и 2016 годах, что привело к сокращению добычи и закачки сточных вод) и с регулирующими мерами, которые уменьшили объем сточных вод, закачиваемых в глубокие скважины. Исходные данные давали надежду на то, что темпы индуцированных землетрясений продолжат снижаться в 2016 году; однако работы по закачке продолжались в районах с высокой сейсмичностью, и не было известно, уменьшат ли объемы закачки вызванные землетрясения или просто задержат их.

В то время как увеличение частоты индуцированных землетрясений было наиболее заметно в центральной части США, индуцированные землетрясения также наблюдались на нескольких участках в Калифорнии, включая гейзеры и районы геотермальной энергии Coso. Кроме того, исследование, проведенное в 2015 году, показало незначительные изменения в скорости землетрясений в южной Калифорнии и отметило, что дополнительная индуцированная активность может происходить вблизи участков с деятельностью по добыче нефти. Поскольку скорость естественных землетрясений в этом районе была намного выше, чем в центральной части США, было сложнее определить, какие землетрясения были вызваны, а какие - естественными. Ученые продолжали исследовать вызванные землетрясения, чтобы лучше смягчить будущие землетрясения.