صعود الزلازل التي يسببها الحقن في الولايات المتحدة

خلال العقد الماضي ، عانى الناس الذين يعيشون عبر الولايات المتحدة الوسطى من زلازل صغيرة إلى متوسطة الحجم أكثر من أي وقت مضى. على سبيل المثال ، على الرغم من أن أوكلاهوما تقع بعيدًا عن الحدود بين الصفائح التكتونية ، فقد بدأ النشاط الزلزالي في التزايد هناك حوالي عام 2009 وبلغ ذروته خلال عام 2015 وأوائل عام 2016. وقبل عام 2009 شهدت أوكلاهوما عادةً زلزالًا صغيرًا واحدًا أو اثنين بقوة أكبر من 3.0 كل سنة. بحلول عام 2015 ، ارتفع هذا العدد إلى أكثر من 900 زلزال سنويًا ، 30 منها كان حجمها أكبر من 4.0 (وهو قوي بما يكفي لإحداث الدمار). ضرب زلزال بلغت قوته 5.7 درجة قرب مدينة براغ ، أوكلا ، في عام 2011 على خطأ موجود مسبقًا وتسبب في أضرار جسيمة للعديد من المنازل والمباني المدرسية. خلال السنوات الست الماضية ، تم توثيق أكثر من 1500 تقرير عن أحداث اهتزاز مدمرة في مناطق كانت مسالمة سابقًا. ومن المحتمل أن تكون الأنشطة الزلزالية الصناعية هي السبب وراء زيادة الزلازل. عاش حوالي ثمانية ملايين شخص في المناطق التي بها زلازل متزايدة ، وكان المسؤولون المسؤولون عن السلامة العامة يريدون فهم أسباب الزيادة والتهديدات المحتملة للمجتمع.

أسباب أحداث الزلزال المستحثة.

تولى علماء الأرض التحدي لفهم الزلازل المستحثة بشكل أفضل. وقد أثبتت الأدلة العلمية أن بعض الزلازل نتجت عن الأنشطة الصناعية البشرية ، ومعظمها من التخلص منها عن طريق حقن مياه الصرف الصحي المالحة المستخرجة بالنفط والغاز في آبار الإنتاج. يعتقد أن معظم الزلازل المستحثة نتجت عن التغيرات في ضغط السوائل بالقرب من الأعطال العميقة الموجودة مسبقًا. غالبًا ما كانت موائع مياه الصرف في الآبار العميقة تقع على بعد أكثر من ميل تحت الأرض ، وزاد التخلص من مياه الصرف الصحي الضغط على السوائل التي تحتل بالفعل مساحة المسام. هذا الضغط يرتفع دون أن يضعف أو يضعف الخطأ ، مما يجعل من السهل حدوث زلزال.

تم التحقق من صحة هذه الفرضية التي تشرح سبب الزلازل المستحثة في تجربة رانجلي ، كولورادو عام 1969 ، حيث تم رفع ضغط المائع في الخزان وخفضه عن طريق الضخ. أصبحت الزلازل أكثر تواترا عندما تم رفع الضغوط ، كما توقعت الفرضية ، ونادرا عندما تم تخفيض الضغوط. كما ظهر أن التكسير الهيدروليكي (التكسير) - عملية استعادة الغاز والنفط التي تستخدم حقن السوائل لفتح الشقوق في الصخور للسماح للغاز المحاصر أو النفط الخام بالتدفق عبر أنبوب إلى رأس البئر على السطح - تسبب أيضًا في حدوث زلازل ووجد أنه يكون السبب الرئيسي للزلازل المستحثة في كولومبيا البريطانية وغرب ألبرتا بالإضافة إلى بعض المواقع في الولايات المتحدة Fracking نفسها ، ومع ذلك ، لم يكن السبب الرئيسي لنشاط الزلازل المستحث في أوكلاهوما والعديد من الأماكن الأخرى في الولايات المتحدة ، حيث كانت الزلازل في الغالب نتجت عن حقن مياه الصرف الصحي. وقع زلزال واحد ملحوظ في استخراج السوائل ، حدث بقوة 4.8 ، في أكتوبر 2011 بالقرب من فاشينغ ، تكساس. الزلازل الأخرى التي نجمت عن طريق ملء الخزانات في نيفادا وساوث كارولينا. في معظم الحالات لا تحفز مثل هذه الأنشطة الصناعية الزلازل. يجب أن تكون معدلات حقن السوائل وأحجامها ، وتوجهات الأعطال ، والضغوط المتراكمة ، وخصائص الصخور مثالية للحث على الزلازل.

درس العلماء أخطاء الزلازل الطبيعية والمستحثة لفهم وتوقع أحجام ومواقع الزلازل المستحثة في المستقبل بشكل أفضل. يرتبط حجم أو حجم الزلزال بالمنطقة التي تمزق على الصدع. قام العلماء بتدقيق سجلات العديد من الأمثلة على الزلازل الطبيعية التاريخية التي وقعت خلال 300 عام الماضية في وسط وشرق الولايات المتحدة ، بما في ذلك حدث قوته 7.3 في عام 1886 بالقرب من تشارلستون ، ساوث كارولينا ، وسلسلة الصدمات التي بلغت قوتها 7.5 درجة والتي ضربت 1811–1212 بالقرب من نيو مدريد ، حدثت الزلازل في شرق أمريكا الشمالية على شكل أسراب من النشاط الزلزالي على أخطاء غير معترف بها في وسط فرجينيا وشرق تينيسي وشرق كندا ونيو إنغلاند. سبقت العديد من هذه الأحداث الأنشطة الصناعية ، وبالتالي لم تكن على الأرجح مرتبطة بالأنشطة البشرية. على مدى السنوات القليلة الماضية ، ناقش العلماء ما إذا كانت الزلازل المستحثة يمكن أن تؤدي إلى زلازل كبيرة على أخطاء قديمة قريبة حيث تكون الضغوط المتراكمة جاهزة للإفراج عنها. أجاب زلزال براغ ، أوكلا ، 2011 ، على هذا السؤال من خلال إثبات أن الزلازل التي تصل إلى قوتها 5.7 قد تنفجر على أخطاء طويلة موجودة مسبقًا. لذلك ، كان وجود أخطاء قديمة عاملاً هامًا في التنبؤ بدقة بحجم الزلزال. ومع ذلك ، ظل حجم الأخطاء وموقعها غير مفهوم بشكل جيد في العديد من الأماكن في وسط وشرق الولايات المتحدة ، مثل أوكلاهوما ، وكانت المساعي العلمية جارية من قبل هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية ووكالات حكومية واتحادية أخرى ومؤسسات أكاديمية وبالشراكة مع صناعة البترول لتحديد مواقع تلك التي يحتمل أن تكون الأكثر خطورة.

كان حدث براغ لعام 2011 أكبر زلزال مستحث مسجلاً في الولايات المتحدة حتى وقع زلزال بقوة 5.8 درجة في عام 2016 بالقرب من باوني ، أوكلاهوما ، والذي ربما يكون قد حدث. ومع ذلك ، لوحظت الزلازل المستحثة أقوى في مكان آخر. بالقرب من Koynanagar ، الهند ، في عام 1967 ، تم الاشتباه في أن هزة مدمرة -6.3 قد تسببت فيها مستويات عالية من المياه المخزنة في الخزان ، ومن المحتمل أن يكون نشاط سحب الغاز في أوزبكستان هو سبب الضرر الزلزالي الطبيعي - 7.0 في عام 1976 و 1984. تشير هذه البيانات إلى أن الزلازل التي يسببها أكبر من براغ كانت ممكنة. بالإضافة إلى ذلك ، تعرف الجيولوجيون على الأعطال وتمزق الزلازل ما قبل التاريخ الناتج عن زلازل بقوة 7.0 في أوكلاهوما وكولورادو. أظهرت دراسات الزلازل في المناطق الداخلية القارية خارج الولايات المتحدة أن مثل هذه الزلازل الطبيعية الكبيرة كانت بعيدة كل البعد عن حدود الصفائح. يعتقد العديد من العلماء أن الزلازل المستحثة يمكن أن تؤدي أيضًا إلى زلازل كبيرة على أخطاء قديمة غير مكتشفة. ومع ذلك ، إذا كان الحدث المستحث بحجم أكبر من 5.6 نتيجة ، فمن المرجح أن يكون حجمه أقرب إلى 6.0 من 7.0 ، على غرار الزلازل المستحثة في المناطق المماثلة.

زيادة مخاطر الزلازل.

تسبب كل من الزلازل المستحثة والطبيعية مستويات مماثلة من اهتزاز الأرض. عند مقارنتها بالزلازل الطبيعية ، غالبًا ما تكون الزلازل المستحثة ضحلة وقد لا تهز الأرض بعيدًا عن مركز الزلزال. على الرغم من وجود اختلافات طفيفة في الاهتزاز بين النوعين ، فقد كانت هناك حاجة إلى مزيد من البحث لفهم خصائص الاهتزاز تلك.

أشارت توقعات الهزة الأرضية التي أجراها المسح الجيولوجي الأمريكي إلى أن الزلازل المستحثة زادت من المخاطر في أوكلاهوما وأماكن أخرى حيث تؤثر العمليات الصناعية على الضغوط داخل الأرض ، كما هو موضح في توقعات عام واحد لعام 2016 لكل من الزلازل المستحثة والطبيعية. تطلب حساب المخاطر معلومات عن مكان وعدد المرات التي يمكن أن تحدث فيها الزلازل ، وحجمها الأقصى ، والمستويات المحتملة من اهتزاز الأرض. للتنبؤ بتواتر الزلازل المستحث لعام 2016 ، فكر العلماء بشكل كبير في تردد الزلازل لعام 2015 ، واستخدموا نظرية الزلازل القياسية - مع أكبر الزلازل المستحثة التي يتوقع أن يكون حجمها عمومًا أقل من أو يساوي 6.0 - وتطبيق نموذج الحركة الأرضية الجديدة التي وفرت تقديرات أفضل للهز للزلازل الضحلة.

أظهرت النتائج أن فرصة أوكلاهوما وكنساس وتكساس وأركنساس ونيو مكسيكو وكولورادو كانت أكبر من 1 في 100 في اهتزاز الضرر خلال عام 2016 ، مع وجود أعلى فرص (حوالي 1 من كل 10) تحدث في أجزاء من شمال أوكلاهوما وجنوب كانساس. أثبتت الزلازل التي تسببها التوقعات أنها قادرة تمامًا على التسبب في الدمار في تلك المنطقة إذا استمر النشاط الصناعي بلا هوادة. على أساس هذه التوقعات ، فوجئ عدد قليل عندما ضرب زلزال بقوة 5.1 درجة بالقرب من فيرفيو ، أوكلا ، في 13 فبراير.

ومع ذلك ، يبدو أن تواتر الزلازل في تلك المنطقة انخفض بين عامي 2015 و 2016. خلال النصف الأول من عام 2016 ، انخفض عدد الزلازل التي تحدث بالقرب من ايرفينغ ودالاس ، على سبيل المثال ، من حوالي أربعة أحداث بقوة 3.0 أو أكبر إلى صفر. قد يكون هذا التخفيض مرتبطًا بسعر النفط (الذي انخفض بشكل كبير في 2015 و 2016 ، وبالتالي تقليل الاستخراج وحقن مياه الصرف الصحي) والإجراءات التنظيمية التي خفضت حجم مياه الصرف الصحي التي يتم ضخها في الآبار العميقة. قدمت البيانات الأولية الأمل في أن تستمر معدلات الزلازل المستحثة في الانخفاض في عام 2016 ؛ ومع ذلك ، استمرت أنشطة الحقن في المناطق ذات معدلات الزلازل العالية ، ولم يكن معروفًا ما إذا كان حجم الحقن الأقل سيزيل الزلازل المستحثة أو يؤخرها فقط.

في حين أن الزيادات في تواتر الزلازل المستحث كانت أكثر وضوحًا في وسط الولايات المتحدة ، فقد لوحظت الزلازل المستحثة أيضًا في العديد من المواقع في كاليفورنيا ، بما في ذلك السخانات ومناطق الطاقة الحرارية الأرضية كوسو. بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت دراسة أجريت عام 2015 تغيرات طفيفة في معدلات الزلازل عبر جنوب كاليفورنيا ولاحظت أن النشاط المستحث الإضافي يمكن أن يحدث بالقرب من المواقع ذات أنشطة استخراج النفط. نظرًا لأن معدل الزلازل الطبيعية في تلك المنطقة كان أعلى بكثير من معدل الزلازل في وسط الولايات المتحدة ، كان من الصعب تحديد الزلازل التي تحدث وتلك التي كانت طبيعية. واصل العلماء التحقيق في الزلازل المستحثة للتخفيف من آثار الزلازل المستقبلية بشكل أفضل.