Około 20 procent całkowitej aktywności sejsmicznej w USA przypisuje się sejsmiczności indukowanej związanej ze wstrzykiwaniem wody ściekowej

Autor: Horst Rüter

Data publikacji: Sierpień 1, 2014

W artykule, który wzbudził duże zainteresowanie prasy  Keranen et al. (2014) skoncentrowali swoją uwagę na zjawisko silnie wzmożonej aktywności sejsmicznej  w środkowej i wschodniej części USA, o czym od pewnego czasu już dyskutowano w publikacjach. Sam tylko tytuł [Silny wzrost aktywności sejsmicznej w stanie Oklahoma od roku 2008 spowodowany wstrzykiwaniem pod ziemię ogromnej  ilości wody ściekowej] wskazuje na związek tego wzrostu ze wstrrzykiwaniem wody ściekowej.  Artykuł przedstawia studnie odprowadzające wodę ściekową  jako „potencjalnie odpowiedzialne”. Oznacza to również, że nie ma bezpośredniego powiązania ze szczelinowaniem, to jest ze stymulacją złóż ropy i gazu, ani też powiązania z wydobyciem gazu i ropy.  W tekście całego artykułu termin „woda ściekowa”  jest  używany bez stwierdzenia czy jest to woda ściekowa z przemysłu ropy i gazu;  można jednak założyć, że tak właśnie termin ten jest stosowany.

Autorzy ubolewają,  że dane na temat ciśnienia (ciśnień wstrzykiwania) są rzadko dostępne, mimo że tylko one byłyby w stanie stwierdzić istnienie  związku przyczynowego pomiędzy wstrzykiwaniem a  sejsmicznością. Zamiast tego autorzy stosują kalkulacje modelowe możliwego rozprzestrzeniana się ciśnienia.

Zaobserwowane skupiska trzęsień ziemi zostały dokładnie zbadane orazi zaprezentowano informacje statystyczne.  Zaskakującym rezultatem było stwierdzenie, że  wiele tysięcy studni  odprowadzających zużytą wodę w stanie Oklahoma  jest  zupełnie asejsmicznych,  to znaczy, że nie powodują one żadnych zauważalnych zdarzeń sejsmicznych. Mówi się, że tylko cztery studnie charakteryzujące się najwyższymi wskaźnikami  wstrzykiwania  są odpowiedzialne za spowodowanie 20 procent całkowitej aktywności  sejsmicznej w USA w okresie 2008 – 2014, oraz około 45 procent  sejsmiczności  (>M3) w stanach wschodnich.  Mówi się, że największe z tych  trzęsień (M 5,7), które miało miejsce w roku 2011 koło Pragi w stanie Oklahoma, było „prawdopodobnie”  związane z tym wstrzykiwaniem. Ogólnie oznacza to 40-krotny wzrost aktywności sejsmicznej w porównaniu do okresu 1976 – 2007.

Artykuł koncentruje się na skupiskach trzęsień ziemi w pobliżu miasta Jones, nazywanymi w związku z tym „skupiskami Jones”. Zaprezentowano w odniesieniu do nich hydrauliczne kalkulacje modelowe, według których do czterech głównych  studni zostało wpompowane 4 miliony baryłek miesięcznie (250 l/sek). Dokładna lokalizacja skupisk trzęsień pokazuje, że mimo iż znajdują się one sąsiedztwie (w odległości do 35 km)  studni wstrzykujących, są one także powiązane ze znanymi  systemami uskokowymi, takimi jak Uskok Wilzetta oraz Uskok Nemaha.   Pojawienie się tak ekstremalnej aktywności sejsmicznej jest spowodowane jednoczesnym wystąpieniem wysokich wskaźników wstrzykiwań oraz  aktywnych sytemów uskokowych. W sposób czysto empiryczny (t.zn. bez  rozważania mechaniki skał) występowanie zdarzeń sejsmicznych jest skontratowane  z rozprzestrzenianiem się ciśnienia w modelu.  Wykazuje to, że nawet wzrost ciśnienia o 0, 07 Mpa (0,7 bara) może wywołać zdarzenie sejsmiczne. Przynajmniej w tym przypadku  zdarzenia były zlokalizowane w miejscach, gdzie ciśnienie modelowane (nie udostępniono danych) przekroczyło tę wartość.  Ta wartość pozostaje w dobrej zgodności z wartościami wzmiankowanymi gdzie indziej w literaturze.

Streszczenie i  wnioski:

1. Artykuł nie stwierdza powiązania pomiędzy trzęsieniami ziemi a wierceniami, szczelinowaniem i wydobyciem gazu niekonwencjonalnego. Ponieważ mamy do czynienia z setkami tysięcy przykładów tego rodzaju działalności, możemy nadal  zakładać, że mają one niewielkie znaczenie jako przyczyna sejsmiczności indukowanej.
2. Uważa się, że związek pomiędzy drastycznym wzrostem aktywności  sejsmicznej w stanie Oklahoma ze wstrzykiwaniem  wody (ze studni  odprowadzających) jest prawdopodobny.
3. Tysiące studni  odprowadzających  wodę ściekową nie powoduje żadnych zauważalnych  zdarzeń.  Zaobserwowany drastyczny wzrost sejsmiczności  jest  spowodowany przez cztery studnie ściekowe.
4. Te cztery studnie ściekowe nie tylko mają ekstremalnie wysokie wskaźniki wstrzykiwań, ale są również zlokalizowane w bezpośredniej bliskości do znanych i ostatnio aktywnych systemów uskokowych.
5. Ogólnie mówiąc wstrzykiwanie wody ściekowej jest więc  możliwe bez wytwarzania sejsmiczności (istnieje wiele tego przykładów w stanie Oklahoma).
6. Miejsca odprowadzania wody ściekowej muszą być dokładnie zbadane, ze zwróceniem szczególnej uwagi na zaznaczenie na mapie systemów uskokowych oraz z uwzględnieniem informacji na temat  pola nacisku.
7. Przed przystąpieniem do wstrzykiwania operacyjnego należy przeprowadzić  wstrzykiwania próbne.  Tylko lokalizacje posiadające wysoki wskaźnik wstrzykiwania są odpowiednie do tego celu.  Jeśli  testy te dadzą nieodpowiednie wyniki, należy zaprzestać wierceń.
8. Miejsca odprowadzania wody ściekowej muszą być monitorowane sejsmicznie.
9. Naleźy zaniechać wstrzykiwania (odpowiedzialny profil) jeśli pojawią się oznaki wzmożonej sejsmiczności. Taka lokalizacja będzie wtedy uważana za nieodpowiednią i  należy zaprzestać wierceń.
10. Trudno jest zrozumieć  dlaczego cztery studnie używane do wstrzykiwania wody  ściekowej w stanie Oklahoma pozostały w użytku (czy są nawet nadal eksploatowane?) przez tyle lat pomimo zaobserwowanej tam sejsmiczności.