Injektioiden aiheuttamat maanjäristykset Yhdysvalloissa

Viimeisen vuosikymmenen aikana Yhdysvaltain keskustassa asuvilla ihmisillä on ollut paljon enemmän pieniä tai keskisuuria maanjäristyksiä kuin koskaan ennen. Esimerkiksi, vaikka Oklahoma sijaitsee kaukana tektonisten levyjen välisistä rajoista, seisminen aktiivisuus alkoi kasvaa siellä noin vuonna 2009 ja saavutti huipunsa vuoden 2015 ja vuoden 2016 alkupuolella. Ennen vuotta 2009 Oklahomassa oli tyypillisesti vain yksi tai kaksi pientä maanjäristystä, joiden voimakkuus oli suurempi kuin 3,0. vuodessa. Vuoteen 2015 mennessä määrä oli noussut yli 900 maanjäristykseen vuodessa, joista 30: n hetkinen voimakkuus oli suurempi kuin 4,0 (mikä on riittävän vahvaa aiheuttamaan pilaantumisen). Yksi maanjäristys, jonka voimakkuus oli 5,7, iski lähellä Prahan kaupunkia, Oklaa, vuonna 2011 olemassa olevan virheen vuoksi ja aiheutti vakavia vahinkoja useille taloille ja koulurakennuksille. Kuuden viime vuoden aikana aiemmin rauhallisilla alueilla on dokumentoitu yli 1 500 ilmoitusta tuhoisista ravistamistapahtumista. Ihmisten teollinen toiminta aiheutti todennäköisesti lisääntyneen seismisyyden. Noin kahdeksan miljoonaa ihmistä asui alueilla, joissa maanjäristykset ovat lisääntyneet, ja julkisesta turvallisuudesta vastaavat virkamiehet halusivat ymmärtää lisääntymisen syyt ja mahdolliset uhat yhteiskunnalle.

Aiheutuneiden maanjäristysten syyt.

Maan tutkijat ottivat haasteen ymmärtää paremmin aiheuttamia maanjäristyksiä. Tieteelliset todisteet olivat osoittaneet, että jotkut maanjäristykset aiheuttivat ihmisen teollisesta toiminnasta, lähinnä loppusijoituksesta öljyllä ja kaasulla uutetun suolaisen jäteveden injektiolla tuotantokaivoihin. Useimpien aiheutuneiden maanjäristysten ajateltiin johtuvan nestepaineen muutoksista lähellä olemassa olevia syviä vikoja. Syvien jätevesikaivojen jätevesinesteet sijaitsivat usein yli mailin maanalaisessa maassa, ja jätevesien poisto lisäsi paineita huokostilaa jo käyttäville nesteille. Tämä paineen nousu ei ole puristunut tai heikentänyt vikaa, mikä helpottaa maanjäristyksen tapahtumista.

Tämä hypoteesi, joka selittää indusoitujen maanjäristysten syyn, validoitiin vuonna 1969, Colo., Suoritetussa kokeessa, jossa nesteen painetta säiliössä nostettiin ja laskettiin pumppaamalla. Maanjäristykset yleistyivät, kun paineita nostettiin, kuten hypoteesi ennusti, ja harvinaisia, kun paineita alennettiin. Hydraulisen murtamisen (fracking) - kaasun ja öljyn talteenottoprosessin, joka käyttää nesteen ruiskuttamista kivien halkeamien avaamiseksi, jotta loukkuun jäänyt kaasu tai raakaöljy pääsee virtaamaan putken läpi pinnalla olevaan kaivoon, osoitettiin myös aiheuttavan maanjäristyksiä, ja sen todettiin olla ensisijainen syy brittiläisessä Kolumbiassa ja Länsi-Albertassa sekä joissakin Yhdysvaltojen kohteissa aiheuttamiin maanjäristyksiin. Fracking itse ei kuitenkaan ollut ensisijainen syy aiheutuneelle maanjäristykselle Oklahomassa ja useissa muissa paikoissa Yhdysvalloissa, joissa maanjäristykset olivat enimmäkseen syntyi jäteveden injektiosta. Yksi huomattava nesteuutto maanjäristys, voimakkuus -4,8, tapahtui lokakuussa 2011 lähellä Fashing, Texas. Muita aiheutuneita maanjäristyksiä laukaisi säiliöiden täyttäminen Nevadassa ja Etelä-Carolinassa. Useimmissa tapauksissa tällainen teollisuustoiminta ei stimuloi maanjäristyksiä. Nesteen ruiskutusnopeuksien ja määrien, vikasuuntausten, kertyneiden jännitysten ja kallion ominaisuuksien on oltava optimaalisia maanjäristysten aiheuttamiseksi.

Tutkijat olivat tutkineet vikoja ja sekä luonnollisia että indusoituja maanjäristyksiä ymmärtääksesi ja ennakoidaksesi paremmin tulevien maanjäristysten kokoa ja sijaintia. Maanjäristyksen voimakkuus tai koko on suhteessa alueeseen, joka rikkoutuu vian vuoksi. Tutkijat tutkivat useita esimerkkejä historiallisista luonnollisista maanjäristyksistä, joita oli tapahtunut viimeisen 300 vuoden aikana Yhdysvaltojen keskustassa ja itäosassa, mukaan lukien 7,3: n suuruinen tapahtuma vuonna 1886 Charlestonin lähellä SC: ssä ja noin 7,5: n suuruinen iskusarja, joka Vuosina 1811–12 New Madridin lähellä, Pohjois-Amerikan itäosassa maanjäristyksiä tapahtui seismisen toiminnan parvien muodossa tuntemattomien vikojen varalta Keski-Virginiassa, Itä-Tennesseessä, Itä-Kanadassa ja Uudessa-Englannissa. Monet näistä tapahtumista edelsivat teollista toimintaa, eivätkä todennäköisesti liittyneet ihmisen toimintaan. Muutaman viime vuoden aikana tutkijat ovat keskustelleet, voivatko aiheutetut maanjäristykset laukaista suuria maanjäristyksiä läheisissä muinaisissa vaurioissa, joissa rakennetut jännitykset olivat valmiita vapauttamaan. Vuoden 2011 Praha, Okla., Maanjäristys vastasi tähän kysymykseen osoittamalla, että 5,7: n suuruiset maanjäristykset voivat rikkoutua olemassa olevien pitkien vikojen vuoksi. Siksi muinaisten vikojen esiintyminen oli tärkeä tekijä maanjäristyksen koon tarkan ennustamisen kannalta. Vikojen koko ja sijainti olivat kuitenkin huonosti ymmärrettäviä monissa paikoissa Yhdysvaltojen keski- ja itäosissa, kuten Oklahomassa, ja Yhdysvaltojen geologian tutkimuslaitos, muut osavaltion ja liittovaltion virastot sekä akateemiset laitokset ovat tehneet tieteellisiä toimia yhteistyössä öljyteollisuus tunnistamaan mahdollisesti vaarallisimpien sijainnit.

Vuoden 2011 Praha -tapahtuma oli suurin ennätysmääräinen maanjäristys Yhdysvalloissa, kunnes vuonna 2016 tapahtui Oklahoman Pawneen lähellä 5,8-asteinen maanjäristys, joka on saattanut aiheutua. Voimakkaampia maanjäristyksiä havaittiin kuitenkin muualla. Lähellä Intiaa, Koynanagaria, vuonna 1967 säiliöön varastoidun korkean veden määrän epäiltiin aiheuttaneen tuhoisaa - 6,3 vapinaa, ja Uzbekistanin kaasunpoistoaktiivisuus todennäköisesti aiheutti vahinkoa 7,0: n suuruisille luonnonjäristyksille vuonna 1976. ja 1984. Tällaiset tiedot viittasivat siihen, että Prahasta suuremmat maanjäristykset olivat mahdollisia. Lisäksi geologit tunnistivat vikoja ja esihistoriallisia maanjäristyksen murtumia, jotka aiheuttivat voimakkuuden 7,0 voimakkuuden maanjäristykset Oklahomassa ja Coloradossa. Yhdysvaltojen ulkopuolella mantereen sisätiloissa tehdyt maanjäristysten tutkimukset osoittivat, että niin suuret luonnolliset maanjäristykset olivat mahdollisia kaukana lautasten rajoista. Monet tutkijat uskoivat, että aiheuttamat maanjäristykset voivat myös laukaista suuria maanjäristyksiä havaitsemattomien muinaisten vikojen varalta. Kuitenkin, jos tuloksena on indusoitu tapahtuma, jonka voimakkuus on suurempi kuin 5,6, sen todennäköisyys on lähempänä arvoa 6,0 kuin 7,0, samanlainen kuin aiheutetut maanjäristykset vastaavilla alueilla.

Maanjäristysvaaran lisääminen.

Sekä aiheutetut että luonnolliset maanjäristykset aiheuttavat samanlaista maan tärinää. Luonnollisiin maanjäristyksiin verrattuna indusoidut maanjäristykset ovat kuitenkin usein matalampia eivätkä välttämättä ravista maata niin voimakkaasti kaukana maanjäristyksen keskuksesta. Vaikka näiden kahden tyypin välisissä ravisteluissa oli havaittu hienoisia eroja, näiden ravistavien ominaisuuksien ymmärtämiseksi tarvitaan enemmän tutkimusta.

Yhdysvaltain geologisen tutkimuksen suorittamat maanjäristyksen ennusteet osoittivat, että aiheutetut maanjäristykset lisäsivät vaaraa Oklahomassa ja muissa paikoissa, joissa teollisuusprosessit vaikuttavat maan sisäisiin rasituksiin, kuten vuonna 2016 esitetään yhden vuoden ennuste sekä aiheuttamille että luonnollisille maanjäristyksille. Vaaralaskelmassa vaadittiin tietoja siitä, missä ja kuinka usein maanjäristyksiä voi tapahtua, niiden enimmäiskoosta ja maapallon täristymisen todennäköisistä tasoista. Ennustaakseen vuoden 2016 aiheuttaman maanjäristyksen taajuuden tutkijat harkitsivat voimakkaasti vuoden 2015 maanjäristyksen taajuutta, käyttivät vakioseisologista teoriaa - suurimpien aiheuttamien maanjäristysten odotetaan yleensä olevan alle 6,0 tai yhtä suuret - ja sovelsivat uutta maapallon liikkumismallia, joka antoi paremmat arviot tärinästä matalissa maanjäristyksissä.

Tulokset paljastivat, että Oklahomalla, Kansasilla, Texasissa, Arkansasilla, New Mexico ja Coloradossa oli enemmän kuin yksi sadasta mahdollisuus ravistaa vahinkoja vuoden 2016 aikana, ja suurin mahdollisuus (noin yksi kymmenestä) esiintyi Pohjois-Oklahoman ja eteläisen Kansasin osissa.. Ennusteen ennustamien aiheuttamien maanjäristysten osoitettiin olevan melko kykeneviä aiheuttamaan pilaantumista kyseisellä alueella, jos teollisuustoiminta jatkuu ennallaan. Näiden ennusteiden perusteella harvat olivat yllättyneitä, kun 13. helmikuuta tapahtui Oklaan Fairview-alueen lähellä 5,1: n suuruinen maanjäristys.

Maanjäristystiheys tällä alueella näytti kuitenkin vähenevän vuosina 2015–2016. Vuoden 2016 ensimmäisellä puoliskolla esimerkiksi Irvingin ja Dallasin lähellä tapahtuvien maanjäristysten määrä laski noin neljästä suuruusluokasta 3,0 tai suurempaan nollaan. Tämä alennus saattaa liittyä öljyn hintaan (joka laski merkittävästi vuosina 2015 ja 2016, mikä vähensi siten uuttamista ja jätevesien injektointia) ja sääntelytoimiin, jotka vähensivät syviin reikiin pumpattavan jäteveden määrää. Alkutiedot antoivat toivoa, että aiheuttamien maanjäristysten määrät jatkavat laskuaan vuonna 2016; injektiotoimet jatkuivat kuitenkin alueilla, joilla esiintyy korkea seismisyys, eikä ollut tiedossa, poistavatko pienemmät injektiomäärät aiheutetut maanjäristykset vai viivästyttävätkö ne vain niitä.

Vaikka indusoituneiden maanjäristystaajuuksien lisääntyminen oli havaittavissa eniten Yhdysvaltojen keskustassa, indusoituja maanjäristyksiä oli havaittu myös Kalifornian monissa paikoissa, mukaan lukien geyserit ja Coso-geotermisen energian alueet. Lisäksi vuoden 2015 tutkimus osoitti pieniä muutoksia maanjäristysten nopeudessa Etelä-Kalifornian alueella ja todettiin, että ylimääräisiä indusoituja aktiviteetteja voi tapahtua lähellä kohteita, joilla on öljynpoistoaktiivisuutta. Koska luonnollisten maanjäristysten määrä tällä alueella oli paljon korkeampi kuin Yhdysvaltojen keskustassa, oli vaikeampaa tunnistaa, mitkä maanjäristykset aiheuttivat ja mitkä olivat luonnollisia. Tutkijat jatkoivat indusoitujen maanjäristysten tutkimista tulevien maanjäristyksen vaikutusten lieventämiseksi paremmin.