Протягом останнього десятиліття жителі центральної частини США пережили набагато більше землетрусів малого та середнього розміру, ніж будь-коли раніше. Наприклад, хоча Оклахома лежить далеко від кордонів між тектонічними плитами, там сейсмічна активність почала посилюватися приблизно в 2009 році і досягла максимуму в 2015 році та на початку 2016 року. До 2009 року в Оклахомі, як правило, відбувалися лише один або два невеликих землетруси силою більше 3,0 на рік. До 2015 року ця кількість зросла до понад 900 землетрусів щороку, 30 з яких мали момент, що перевищував 4,0 (що є достатньо сильним, щоб спричинити розорення). Один землетрус силою 5,7 балів стався поблизу міста Прага, штат Оклахома, у 2011 році за раніше існуючою несправністю та завдав серйозної шкоди кільком будинкам та шкільним будівлям. За останні шість років понад 1,У попередньо мирних районах було задокументовано 500 повідомлень про руйнівні події. Цю підвищену сейсмічність, мабуть, спричинила промислова діяльність людини. Близько восьми мільйонів людей проживали в районах із посиленими землетрусами, а чиновники, відповідальні за громадську безпеку, хотіли зрозуміти причини збільшення та потенційні загрози суспільству.
Причини індукованих землетрусів.
Земні вчені прийняли виклик, щоб краще зрозуміти індуковані землетруси. Наукові докази продемонстрували, що деякі землетруси були спричинені промисловою діяльністю людини, здебільшого через утилізацію солоних стічних вод, видобутих нафтою та газом у виробничі свердловини. Вважалося, що більшість індукованих землетрусів спричинені зміною тиску рідини поблизу існуючих глибоких розломів. Рідини стічних вод у глибоких свердловинах часто розташовувались більше ніж на милю під землею, і утилізація стічних вод збільшувала тиск на рідини, які вже займали поровий простір. Це підвищення тиску розчавило або послабило розлом, полегшуючи тим самим землетрус.
Ця гіпотеза, що пояснює причину індукованих землетрусів, була підтверджена в експерименті 1969 року в штаті Колорадо, штат Колорадо, в якому тиск рідини у водоймі підвищувався і знижувався за допомогою накачування. Землетруси стали частішими, коли тиск підвищувався, як передбачала гіпотеза, і рідкісними, коли тиск знижувався. Також було показано, що гідравлічний розрив пласта (ГРП) - процес видобутку газу та нафти, який використовує впорскування рідини для відкриття тріщин у гірських породах, щоб уловлений газ або сира нафта протікали по трубі до устя свердловини на поверхні, також спричиняв землетруси та виявив, що бути першопричиною індукованих землетрусів у Британській Колумбії та західній Альберті, а також на деяких сайтах у США Фракінг, однак, не був основною причиною індукованої землетрусної активності в Оклахомі та ряді інших місць у США,де землетруси в основному були наслідком закачування стічних вод. Одне помітне землетрус з видобуванням рідини - подією магнітудою 4,8 - відбулося в жовтні 2011 року поблизу Фашинга, штат Техас. Інші індуковані землетруси були спричинені заповненням водойм у Неваді та Південній Кароліні. У більшості випадків така промислова діяльність не стимулює землетрусів. Швидкості та обсяги закачування рідини, орієнтації розломів, накопичені напруження та властивості гірських порід - все це повинно бути оптимальним для індукції землетрусів.орієнтація розломів, накопичені напруження та властивості гірських порід - все це повинно бути оптимальним для індукції землетрусів.орієнтація розломів, накопичені напруження та властивості гірських порід - все це повинно бути оптимальним для індукції землетрусів.
Вчені вивчали розломи, як природні, так і індуковані землетруси, щоб краще зрозуміти та передбачити розміри та місця майбутніх землетрусів. Сила чи розмір землетрусу пов’язана з площею, що розривається на розломі. Вчені детально вивчили записи кількох прикладів історичних природних землетрусів, що мали місце протягом останніх 300 років у центральній та східній частині США, включаючи подію магнітудою 7,3 в 1886 році поблизу Чарльстона, Південна Кароліна, та серію поштовхів близько 7,5 балів, які сталися в 1811–12 поблизу Нового Мадриду, штат Місурі, землетруси на сході Північної Америки відбулися у вигляді роїв сейсмічної активності на невизнаних розломах у центральній Вірджинії, на сході штату Теннессі, на сході Канади та Нової Англії. Багато з цих подій передували промисловій діяльності і, отже, найімовірніше не були пов'язані з діяльністю людини.Протягом останніх кількох років вчені дискутували, чи можуть індуковані землетруси спричинити великі землетруси на сусідніх стародавніх розломах, в результаті яких наростаючі напруги готові були вийти. Землетрус у Празі, штат Оклахома, 2011 р. Відповів на це запитання, продемонструвавши, що землетруси потужністю 5,7 балів можуть розірватися при існуючих довгих розломах. Тому наявність древніх розломів було важливим фактором для точного прогнозування розміру землетрусу. Однак розмір і місце розломів залишалися недостатньо зрозумілими в багатьох місцях центральної та східної частин США, таких як Оклахома, і наукові зусилля проводились Геологічною службою США, іншими штатними та федеральними відомствами та науковими установами та у партнерстві з нафтовидобувної промисловості для визначення місцеположень тих, які потенційно є найбільш небезпечними.
Подія в Празі 2011 року була найбільшим в США зафіксованим землетрусом до тих пір, поки в 2016 році поблизу міста Пауні, штат Оклахома, не стався землетрус силою 5,8 балів. Однак сильніше спричинені землетруси спостерігалися в інших місцях. Поблизу Койнанагара, Індія, в 1967 р. Підозрювали руйнівний підземний поштовх магнітудою 6,3 високим рівнем води, що зберігається у водоймі, а діяльність по відбору газу в Узбекистані, ймовірно, була причиною пошкодження природних землетрусів магнітудою 7,0 в 1976 р. і 1984 р. Такі дані припускали, що можливі індуковані землетруси сильнішими, ніж у Празі. Крім того, геологи розпізнали розломи та доісторичні розриви землетрусів, спричинені землетрусами магнітудою 7,0 в Оклахомі та Колорадо. Дослідження землетрусів у внутрішніх районах континенту за межами СШАпоказали, що такі великі природні землетруси можливі далеко від меж плит. Багато вчених вважали, що індуковані землетруси можуть також спричинити великі землетруси на невиявлених древніх розломах. Однак, якщо призведе до індукованої події з величиною більше 5,6, вона, швидше за все, матиме ступінь ближче до 6,0, ніж до 7,0, подібно до індукованих землетрусів в аналогічних регіонах.
Підвищення небезпеки землетрусів.
І індуковані, і природні землетруси спричиняють подібні рівні тремтіння ґрунту. У порівнянні з природними землетрусами, однак, індуковані землетруси часто є більш дрібними і можуть не струшувати землю так сильно, як далеко від епіцентру землетрусу. Незважаючи на незначні відмінності в струшуванні між цими двома типами, були потрібні додаткові дослідження, щоб зрозуміти ці властивості струшування.
Прогнози землетрусу, проведені Геологічною службою США, показали, що індуковані землетруси збільшують небезпеку в Оклахомі та інших місцях, де промислові процеси впливають на напруження всередині землі, як показано в однорічному прогнозі на 2016 рік як для індукованих, так і для природних землетрусів. Для розрахунку небезпеки потрібна інформація про те, де і як часто можуть відбуватися землетруси, їх максимальний розмір та ймовірні рівні тремтіння ґрунту. Для прогнозування частоти індукованих землетрусів 2016 року вчені серйозно розглядали частоту землетрусів 2015 року, використовуючи стандартну сейсмологічну теорію - з найбільшими індукованими землетрусами, як правило, мають силу менше або дорівнює 6,0 - і застосували нову модель наземного руху, яка забезпечила кращі оцінки тремтіння для дрібних землетрусів.
Результати показали, що Оклахома, Канзас, Техас, Арканзас, Нью-Мексико та Колорадо мали більше 1 із 100 шансів похитнути шкоду протягом 2016 року, причому найвищі шанси (приблизно 1 з 10) мали місце в частині півночі Оклахоми та півдня Канзасу . Прогнозовані прогнозом індуковані землетруси цілком здатні спричинити розорення в цьому регіоні, якщо промислова діяльність продовжуватиметься без зменшення. На підставі цих прогнозів мало хто був здивований, коли 13 лютого поблизу міста Фейрвью, Оклахома, стався землетрус силою 5 балів.
Однак частота землетрусів у цьому регіоні зменшилася між 2015 і 2016 роками. Протягом першої половини 2016 року кількість землетрусів, що відбулися поблизу Ірвінга та Далласа, наприклад, впала з приблизно чотирьох подій силою 3,0 або більше до нуля. Це зниження може бути пов’язане з ціною на нафту (яка значно знизилась у 2015 та 2016 роках, тим самим зменшивши видобуток та закачування стічних вод) та регуляторними діями, які зменшили об’єм стічних вод, що закачуються в глибокі свердловини. Первинні дані давали надію, що рівень індукованих землетрусів і надалі зменшуватиметься у 2016 році; однак ін'єкційна діяльність тривала в районах із високими показниками сейсмічності, і не було відомо, чи зменшать обсяги закачування усунені індуковані землетруси чи просто затримають їх.
Хоча збільшення частоти індукованих землетрусів було найбільш помітним у центральній частині США, індуковані землетруси також спостерігалися на кількох ділянках в Каліфорнії, включаючи гейзери та зони геотермальної енергії Косо. Крім того, дослідження 2015 року показало незначні зміни темпів землетрусів у південній Каліфорнії та зазначило, що поблизу місць, де здійснюється видобуток нафти, може відбуватися додаткова індукована активність. Оскільки рівень природних землетрусів у цій області був набагато вищим, ніж у центральній частині США, було важче визначити, які землетруси були спричинені, а які природними. Вчені продовжували досліджувати індуковані землетруси, щоб краще пом'якшити наслідки майбутніх землетрусів.
Марк Д. Петерсен
