Канзасские нефтяники добавили местным землетрясениям 1,5 балла. Они закачивают в недра ненужную воду и увеличивают тем самым давление в горных породах
Исследователи из Вирджинского политехнического института (США) выяснили, что в нефтедобывающих районах Оклахомы и Канзаса все чаще стали происходить землетрясения магнитудой 4 балла по шкале Рихтера. Ученые связывают это с тем, что американские нефтяники закачивают ненужную воду из нефтеносных слоев в более глубокие пласты, где в результате повышается напряжение и запускаются процессы, которые приводят к новым землетрясениям. Более того, моделирование показало, что очаги землетрясений в период с 2013 по 2018 год опускались глубже примерно с тем же темпом, что и вода, которую нефтяники закачивают в недра. По их прогнозу, очаги будущих землетрясений в регионе продолжат опускаться в течение ближайших 10 и более лет, даже если закачка воды прекратится немедленно.
В центральных районах США с 2008 года землетрясения магнитудой 3 и более баллов по шкале Рихтера происходят все чаще: если прежде их было около 19 в год, то потом это число поднялось до 400 и более. Некоторые исследователи связывают это с активной добычей нефти.
Дело в том, что, как правило, вместе с нефтью из скважин откачивают и воду. Применять ее негде, поэтому эту воду (специалисты называют ее подтоварной) отделяют от углеводородов и закачивают обратно, но на большую глубину, чтобы она не попала в грунтовые воды. Еще в 1960-х годах ученые знали, что закачка подтоварной воды в землю может повлиять на сейсмическую активность в регионе. Однако лишь теперь исследователи впервые изучили связь между плотностью закачиваемой жидкости, плотностью подземных вод и силой землетрясений.
Ученые проанализировали данные Геологической службы США (USGS) и выяснили, что в Канзасе и Оклахоме средняя плотность вод в нефтеносных слоях выше, чем в тех слоях, куда потом закачивают подтоварную воду. Также из данных USGS ученые извлекли информацию о координатах очагов землетрясений в регионе за период с 2013 по 2018 год.
Читайте также: Тектонический апокалипсис отменяется
Затем, с опорой на данные о составе и проницаемости пород, а также составе и плотности жидкостей, ученые построили модель с одиночной скважиной, в которую с определенной интенсивностью закачивают жидкость.
Это показало, что подтоварная вода высокой плотности вытесняют из пород менее плотную жидкость. Вследствие этого давление в пласте увеличивается, напряжение в породах растет, а закачиваемая вода начинает опускаться вглубь. В результате из-за переходных процессов растет давление жидкости в пласте. Из-за этого, согласно оценкам ученых, должна увеличиваться доля землетрясений с большей магнитудой.
В пользу этой гипотезы говорят данные сейсмологических наблюдений: с 2016 года количество землетрясений с магнитудой 4 и более в нефтедобывающих районах Канзаса и Оклахомы увеличилось больше чем в полтора раза. При этом землетрясения с магнитудой 2,5 стали происходить на 35% реже. Уменьшилась и общая частота землетрясений.
Построенная исследователями модель показала, что очень плотные подтоварные воды будут опускаться и дальше, и давление на глубине от 8 километров и более будет продолжать расти даже после того, как такую воду перестанут закачивать. Дело в переходных процессах, которые как раз и вызывают землетрясения: они не могут остановиться сразу же после того, как закончатся вливания стоков. Связанные с этим землетрясения, по словам ученых, будут продолжаться еще как минимум 10 лет. Чтобы избежать этого эффекта или уменьшить его, в районах, близких к очагам землетрясений, в пласты ниже нефтеносных слоев нужно закачивать меньше воды.
При этом авторы добавляют, что землетрясения вызываются далеко не всеми операциями по закачке промышленных стоков в недра на большой глубине. А фигурирующие в статье землетрясения с магнитудами 2,5-4 вовсе не несут вместе с собой смерть людей и разрушение зданий.
Текст подготовила участница мастерской научной журналистики летней школы «Летняя школа».
Ксения Жарская