Сброс сточных вод не вызвал значительных изменений в направлении сейсмических напряжений в южном Канзасе

Хотя сброс сточных вод с 2013 года был основной движущей силой увеличения сейсмической активности в южном Канзасе, новое исследование пришло к выводу, что эта деятельность не привела к значительному изменению ориентации напряжений в земной коре региона.

Такая деятельность, как сброс сточных вод, может изменять поровое давление, форму и размер внутри слоёв горных пород, что приводит к срыву близлежащих разломов. Считается, что эти эффекты стоят за большинством недавних индуцированных землетрясений в центральной и восточной частях США.

Однако, по словам сейсмолога Геологической службы США (USGS) Роберта Скумала, соавтора исследования в Seismological Research Letters, человеческая деятельность также теоретически может вызывать землетрясения, изменяя ориентацию напряжений, действующих на разломы. «Поскольку мы не видим свидетельств значительного вращения напряжений [в регионе], мы считаем, что большинство землетрясений в южном Канзасе вызваны изменениями порового давления или поровоупругими эффектами, а не вращением напряжений», — заявил Скумал.

Один из способов изучения ориентации поля напряжений — анализ эффекта сейсмических волн, называемого расщеплением сдвиговых волн. Некоторые из сдвиговых волн, проходящих через породу, движутся параллельно открытым трещинам и потому быстрее, а другие — перпендикулярно и имеют меньшую скорость. Оценка направления быстрых волн помогает определить ориентацию поля напряжений.

Предыдущее исследование расщепления сдвиговых волн в южном Канзасе выявило 90-градусный поворот в направлении быстрых волн с 2015 года, что авторы связали с повышенным поровым давлением от сброса сточных вод. Однако этот поворот совпал со сменой станций наблюдения.

Скумал и его соавтор Элизабет Кокран решили перепроверить изменения напряжений, проанализировав расщепление сдвиговых волн по высококачественным данным со стабильной локальной сейсмической сети. Они обнаружили, что региональная ориентация напряжений оставалась относительно постоянной в период с 2014 по 2017 год.

Геологические условия резервуара могут влиять на возможность изменения ориентации напряжений, отметил Скумал. Большая часть сточных вод в южном Канзасе закачивается в слои группы Арбакл, «которая находится в состоянии недонапора — жидкость можно "вливать" без необходимости использования насоса». Пороговое давление может быстро рассеиваться в этой высокопроницаемой породе.

Авторы отмечают, что сообщений о значительных вращениях напряжений из-за сброса сточных вод нет. Это может означать, что такое явление либо не является распространенным, либо вращения слишком малы для обнаружения текущими методами, либо оно недостаточно изучено. До недавнего времени сейсмические наблюдения во многих регионах с активным сбросом вод были редкими. «Документирование ориентации напряжений уже является сложной задачей в этих регионах, а характеристика изменений этих напряжений со временем — ещё более серьёзный вызов», — сказал Скумал.