Under det senaste decenniet upplevde människor som bor i centrala USA många fler jordbävningar i små till måttliga storlekar än någonsin tidigare. Till exempel, även om Oklahoma ligger långt från gränserna mellan tektoniska plattor, började seismisk aktivitet att öka där omkring år 2009 och nådde en topp under 2015 och början av 2016. Före 2009 upplevde Oklahoma vanligtvis bara en eller två små jordbävningar med en styrka större än 3,0 per år. År 2015 hade detta antal stigit till mer än 900 jordbävningar årligen, varav 30 hade en momentstyrka större än 4,0 (vilket är tillräckligt starkt för att orsaka ruin). En jordbävning med en styrka på 5,7 inträffade nära staden Prag, Okla., 2011 på ett befintligt fel och orsakade allvarliga skador på flera hus och skolbyggnader. Under de senaste sex åren har mer än 1,500 rapporter om destruktiva skakhändelser dokumenterades i tidigare fredliga områden. Den ökade seismiciteten orsakades sannolikt av mänsklig industriell verksamhet. Cirka åtta miljoner människor bodde i områdena med ökade jordbävningar, och tjänstemän som ansvarade för allmän säkerhet ville förstå orsakerna till ökningen och de potentiella hoten mot samhället.
Orsaker till inducerade jordbävningshändelser.
Jordforskare tog utmaningen att bättre förstå inducerade jordbävningar. Vetenskapliga bevis har visat att vissa jordbävningar orsakades av mänsklig industriell verksamhet, mestadels från bortskaffande genom injektion av salt avloppsvatten extraherat med olja och gas i produktionsbrunnar. De flesta inducerade jordbävningar tros ha genererats av förändringar i vätsketrycket nära redan existerande djupa fel. Avloppsvätskorna i djupa bortskaffningsbrunnar var ofta belägna mer än en mil under jord, och avloppsvatten ökade trycket på vätskor som redan upptar porutrymmet. Den tryckstegringen avklämdes eller försvagade felet, vilket gör det lättare för en jordbävning att äga rum.
Den hypotesen som förklarade orsaken till inducerade jordbävningar validerades i ett 1969 Rangely, Colo., Experiment där vätsketrycket i en reservoar höjdes och sänktes genom pumpning. Jordbävningar blev vanligare när trycket höjdes, som hypotesen förutspådde, och sällsynt när trycket sänktes. Hydraulisk sprickbildning (fracking) - en gas- och petroleumåtervinningsprocess som använder vätskeinsprutning för att öppna sprickor i berg för att låta fångad gas eller råolja strömma genom ett rör till ett brunnhuvud vid ytan - visade sig också orsaka jordbävningar och visade sig vara den främsta orsaken till inducerade jordbävningar i British Columbia och västra Alberta såväl som vissa platser i USA Fracking själv var dock inte den främsta orsaken till inducerad jordbävningsaktivitet i Oklahoma och flera andra platser i USA,där jordbävningarna mestadels berodde på avloppsvatteninjektion. En anmärkningsvärd vätsketextraktionsjordbävning, en magnitude-4.8-händelse, ägde rum i oktober 2011 nära Fashing, Texas. Andra inducerade jordbävningar utlöstes genom fyllning av reservoarer i Nevada och South Carolina. I de flesta fall stimulerar inte sådan industriell verksamhet jordbävningar. Vätskeinsprutningshastigheter och volymer, felorienteringar, ackumulerade spänningar och bergegenskaper måste alla vara optimala för att framkalla jordbävningar.felorienteringar, ackumulerade spänningar och bergegenskaper måste alla vara optimala för att framkalla jordbävningar.felorienteringar, ackumulerade spänningar och bergegenskaper måste alla vara optimala för att framkalla jordbävningar.
Forskare hade studerat fel och både naturliga och inducerade jordbävningar för att bättre förstå och förutsäga storlek och plats för framtida inducerade jordbävningar. Jordbävningens storlek eller storlek är relaterad till det område som brister på felet. Forskare granskade register över flera exempel på historiska naturliga jordbävningar som hade inträffat under de senaste 300 åren i centrala och östra USA, inklusive en magnitud-7,3-händelse 1886 nära Charleston, SC, och serien av chocker av cirka 7,5 som slog 1811–12 nära New Madrid, Mo. Jordbävningar i östra Nordamerika inträffade i form av svärmar av seismisk aktivitet på okända fel i centrala Virginia, östra Tennessee, östra Kanada och New England. Många av dessa händelser föregick industriell verksamhet och var därför sannolikt inte relaterade till mänskliga aktiviteter.Under de senaste åren har forskare diskuterat om inducerade jordbävningar kan utlösa stora jordbävningar på närliggande forntida fel där uppbyggda påfrestningar var redo att släppas. Jordbävningen i Prag 2011, Okla., Svarade på den frågan genom att visa att jordbävningar upp till styrkan 5,7 kunde brista vid redan existerande långa fel. Därför var förekomsten av forntida fel en viktig faktor för att noggrant förutse en jordbävnings storlek. Storleken och placeringen av fel förblev dock dåligt förstådd på många ställen i centrala och östra USA, såsom Oklahoma, och vetenskapliga ansträngningar pågår av US Geological Survey, andra statliga och federala myndigheter och akademiska institutioner och i samarbete med petroleumsindustrin för att identifiera platserna för de som potentiellt var de farligaste.
Händelsen i Prag 2011 var den största inducerade jordbävningen på rekordnivå i USA tills en jordbävning med styrka 5,8 inträffade 2016 nära Pawnee, Oklahoma, som kan ha inducerats. Emellertid observerades starkare inducerade jordbävningar någon annanstans. Nära Koynanagar, Indien, 1967 misstänktes en förödande tremor av magnitude-6,3 ha utlösts av höga nivåer av vatten som lagrats i en reservoar, och gasutdragningsaktivitet i Uzbekistan var sannolikt orsaken till att skada naturliga jordbävningar med magnitud 7,0 1976 och 1984. Sådana uppgifter tyder på att inducerade jordbävningar som är större än Prag var möjliga. Dessutom erkände geologer fel och förhistoriska jordbävningsbrott som genererades av jordbävningar med styrka 7,0 i Oklahoma och Colorado. Studier av jordbävningar i kontinentala interiörer utanför USAvisade att sådana stora naturliga jordbävningar var möjliga långt från plattgränserna. Många forskare trodde att inducerade jordbävningar också kunde utlösa stora jordbävningar på oupptäckta forntida fel. Om emellertid en inducerad händelse med en styrka större än 5,6 skulle resultera, skulle den mer sannolikt ha en styrka närmare 6,0 än till 7,0, liknande inducerade jordbävningar i analoga regioner.
Ökar jordbävningsrisken.
Både inducerade och naturliga jordbävningar orsakar liknande nivåer av markskakningar. Jämfört med naturliga jordbävningar är emellertid inducerade jordbävningar ofta grundare och kanske inte skakar marken så våldsamt långt från jordbävningens episod. Även om subtila skillnader i skakning mellan de två typerna hade observerats behövdes mer forskning för att förstå dessa skakningsegenskaper.
Prognoser om markskakningar utförda av US Geological Survey indikerade att inducerade jordbävningar ökade risken i Oklahoma och andra platser där industriella processer påverkar spänningar i jorden, vilket framgår av 2016 års ettårsprognos för både inducerade och naturliga jordbävningar. Riskberäkningen krävde information om var och hur ofta jordbävningar kunde inträffa, deras maximala storlek och de troliga nivåerna av markskakningar. För att förutse jordbävningsfrekvensen för 2016, ansåg forskare starkt jordbävningsfrekvensen 2015, använde standard seismologisk teori - med de största inducerade jordbävningarna som förväntades generellt ha en storlek mindre än eller lika med 6,0 - och tillämpade en ny markrörelsesmodell som bättre uppskattningar av skakningar för grunda jordbävningar.
Resultaten avslöjade att Oklahoma, Kansas, Texas, Arkansas, New Mexico och Colorado hade större än 1 av 100 chanser att skaka skador under 2016, med de största chanserna (cirka 1 av 10) förekommande i delar av norra Oklahoma och södra Kansas. . De framkallade jordbävningarna som prognostiserats visade sig vara ganska kapabla att orsaka ruin i den regionen om den industriella aktiviteten fortsatte med oförminskad kraft. På grundval av dessa prognoser blev få överraskade när en jordbävning med styrkan 5,1 inträffade nära Fairview, Okla., Den 13 februari.
Jordbävningsfrekvensen i den regionen verkade emellertid minska mellan 2015 och 2016. Under första hälften av 2016 föll antalet jordbävningar som inträffade nära Irving och Dallas, till exempel, från cirka fyra händelser med styrka 3,0 eller större till noll. Minskningen kan vara relaterad till oljepriset (som sjönk avsevärt 2015 och 2016, vilket minskade utvinning och injektion av avloppsvatten) och regleringsåtgärder som minskade volymen av avloppsvatten som pumpades till djupa borrhål. De ursprungliga uppgifterna gav hopp om att andelen jordbävningar skulle fortsätta att minska 2016; emellertid fortsatte injektionsaktiviteter i områden med höga seismicitetsgrader, och det var inte känt om lägre injektionsvolymer skulle eliminera inducerade jordbävningar eller bara försena dem.
Medan ökningarna i frekvensen med inducerad jordbävning var mest märkbara i centrala USA hade inducerade jordbävningar också observerats på flera platser i Kalifornien, inklusive Geysers och Coso geotermiska områden. Dessutom visade en studie från 2015 mindre förändringar i jordbävningshastigheter över södra Kalifornien och noterade att ytterligare inducerad aktivitet kunde förekomma nära platser med petroleumsutvinning. Eftersom graden av naturliga jordbävningar i det området var mycket högre än i centrala USA, var det svårare att identifiera vilka jordbävningar som inducerades och vilka som var naturliga. Forskare fortsatte att undersöka inducerade jordbävningar för att bättre mildra framtida jordbävningseffekter.
Mark D. Petersen
