Понимание техногенных землетрясений: Исследование подчеркивает роль шероховатости разломов и неоднородности напряжений

Техногенные землетрясения, или индуцированная сейсмичность, вызывают растущую озабоченность. Они могут возникать при закачке или извлечении флюидов, например, в нефтегазовых резервуарах, при захоронении сточных вод или в геотермальных системах. В новом исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, доктор Лей Ван и его коллеги из секции «Геомеханика и научное бурение» GFZ совместно с исследователями из Университета Осло сообщают, что шероховатость предсуществующих разломов и связанная с ней неоднородность напряжений в геологических резервуарах играют ключевую роль в возникновении крупных «неуправляемых индуцированных землетрясений».

Исследование сочетает новые эксперименты по закачке флюидов под акустическим мониторингом, проведенные в геомеханической лаборатории GFZ, с результатами численного моделирования. Ученые обнаружили, что шероховатые и гладкие разломы в образцах горных пород вели себя совершенно по-разному. На шероховатых разломах индуцированное скольжение создавало пространственно локализованные кластеры акустических эмиссий вокруг сильно напряженных асперностей, где скорость скольжения была выше, а количество крупных событий больше. Этот механизм отражается в значении b-параметра Гутенберга–Рихтера как мере напряжения. Закачка флюида сначала реактивирует участки разлома через медленное асейсмическое скольжение, вызывая лишь несколько мелких сейсмических событий, за которым следует прогрессирующая локализация, в конечном итоге ведущая к крупным индуцированным событиям.

«Это исследование имеет важное значение для индуцированных землетрясений: при мониторинге закачки флюидов в геологических резервуарах в реальном времени это может позволить идентифицировать такие процессы локализации до зарождения более крупных индуцированных событий, что даст возможность их избежать», — говорит профессор Марко Бонхофф, руководитель секции GFZ. Авторы также сравнили лабораторные данные с широким спектром данных индуцированной сейсмичности с разных масштабов, от полевых экспериментов до проектов гидроразрыва пласта и захоронения сточных вод по всему миру. Они отмечают, что наблюдения в лаборатории имеют сходство с полевыми землетрясениями, соответствующими разрывам, контролируемым давлением.

Исследование является частью инициативы, направленной на улучшение прогнозирования индуцированных землетрясений и, в конечном счете, на их контроль и предотвращение. «Такие исследования, как опубликованное сейчас Ваном и его соавторами, обладают потенциалом для смягчения антропогенных сейсмических рисков, что является предпосылкой для достижения общественного признания при использовании геологической среды для хранения и добычи энергии как ключевого элемента энергетического перехода», — заключает Марко Бонхофф.