タフツ大学の研究者らは、現地実験のデータと地盤断層のモデリングを利用して、石油・ガス探査のための「水圧破砕」や廃水処理に使用される地下流体注入の実践が、流体拡散帯を超えて急速に広がる重大な地震活動を引き起こす可能性があることを発見した。 。深さ 1 キロメートルを超える深部への流体注入は、地震活動の増強と関連していることが知られており、多くの場合、流体拡散の領域に限定されると考えられています。しかし、本日サイエンス誌に掲載されたこの研究は、流体注入がドミノ状に既存の断層破壊ネットワークのゆっくりとした滑りによって遠方に被害を与える可能性のある地震を引き起こしているという仮説を検証し、強く支持している。
この結果は、国内の一部の地域における人工地震の頻度が自然地震のホットスポットを上回っているという観察を説明している。
この研究はまた、現場での実際の実験を使用して、故障動作のより正確なモデルを開発およびテストする際の概念実証を表しています。地質断層の物理学に関する現在の理解の多くは、1 メートル以下のサンプル長スケールで行われた実験室での実験から得られています。しかし、地震や断層破壊は非常に大きな規模で発生します。このような大規模な断層破壊の観測は現在遠隔で行われており、人為的影響のモデルを開発するために使用される断層挙動の物理的パラメータの推定値は不十分です。最近では、地震科学コミュニティは、規模のギャップを埋め、自然生息地における断層の挙動を理解するために、現場規模の注入実験にリソースを投入しています。
研究者らは、エクス・マルセイユ大学とニース・ソフィア・アンティポリス大学を拠点とする研究者チームが主導し、フランスで以前に実施された実験的な野外注入のデータを使用した。実験では、断層の圧力と変位、滑り、および現在の研究で使用されている断層滑りモデルに入力されるその他のパラメータが測定されました。タフツ大学の研究者らの分析は、断層内での流体によって引き起こされる滑りが地下での流体の広がりを急速に上回る可能性があるという、これまでで最も確実な推論を提供している。
「地震災害の信頼できる数値モデルを開発する上での重要な制約の 1 つは、その自然生息地における断層の挙動が観察されていないことです」とタフツ大学工学部土木環境工学科の元博士研究員であるパティクリット・バタチャリヤ氏は述べた。研究の筆頭著者。 「これらの結果は、そのような観察が利用可能であれば、断層の機械的挙動についての顕著な洞察を提供し、その危険の可能性について再考する必要があることを示しています。」バタチャリヤ氏は現在、インドのブバネシュワールにあるインド工科大学の地球海洋気候科学部の助教授を務めています。
地下数キロメートル下に廃水を注入すると、岩石中の加圧された間隙流体の領域 (青い陰影) が得られます。流体の注入により、流体が移動するよりも速く伝播する断層 (太い黒い線) がゆっくりと破壊される可能性があります。この断層滑りによるストレスが、拡大する地震雲 (灰色の円) の主な原因である可能性があります。細い黒い線は、既存の、しかしまだアクティブ化されていない障害を示します。流体誘発地震によってもたらされる危険は、米国で社会の関心が高まっています。石油とガスの探査が非常に活発な地域であるオクラホマ州が、カリフォルニア州を含む全米で最も生産性の高い地震地域となったのは、人為的な地震の影響によるものと考えられている。 「今日、南カリフォルニアのような自然のホットスポットの活動レベルを上回る人為的な地震活動が起きている地域があることは注目に値します」とタフツ大学工学部土木・環境工学准教授のロバート・C・ヴィエスカ氏は語る。 -研究の著者であり、Bhattacharya のポスドク指導者。 「私たちの結果は、地下深くに流体を注入した場合に疑われる結果の検証を提供し、将来の石油とガスの探査における移動と誘発地震のリスクを評価する上で重要なツールとなります。」
水圧破砕によって引き起こされる地震のほとんどは、安全性や被害を懸念するには小さすぎます (リヒター スケールで 3.0)。しかし、これらの探査で得られた廃棄物を深部に注入することは、ストレスを受け、流体による滑りの影響を受けやすい、より深く大きな断層に影響を与える可能性があります。深いボーリング孔 (1 キロメートル以上) に廃水を注入すると、感じることができるほど大きな地震が発生し、被害が発生する可能性があります。
米国地質調査所によると、流体注入によって引き起こされ、科学文献に記録されている最大の地震は、2016 年 9 月にオクラホマ州中部で発生したマグニチュード 5.8 の地震でした。オクラホマ州では流体注入の結果としてマグニチュード 5.0 を超える他の 4 つの地震が発生し、アーカンソー州、コロラド州、カンザス州、テキサス州では流体注入によってマグニチュード 4.5 から 5.0 の地震が引き起こされました。
この研究は、米国地質調査所 (USGS #G17AP00016)、国立科学財団 (NSF #EAR-1653382)、および南カリフォルニア地震センター (SCEC) からの助成金によって支援されました。 SCEC は、NSF 協力協定 #EAR-1033462 および USGS 協力協定 #G12AC20038 によって資金提供されています。実験データは、HPPP-CO2 および HYDROSEIS プロジェクトの一環として、国立研究庁 (ANR #07-PCO2-0001、#13-JS-06-0004-01) の資金提供により取得されました。