Los científicos de Virginia Tech han descubierto que en las regiones donde la eliminación de aguas residuales en campos petroleros está muy extendida, y donde el agua inyectada tiene una densidad más alta que los fluidos profundos naturales, los terremotos son cada vez más profundos al mismo ritmo que las aguas residuales se hunden.
Quizás de manera más crítica, el equipo de investigación de geocientíficos descubrió que el porcentaje de terremotos de gran magnitud aumenta con la profundidad y puede crear, aunque menos en número, terremotos de mayor magnitud años después de que las tasas de inyección disminuyan o se detengan por completo.
El estudio, dirigido por Ryan M. Pollyea en el Departamento de Geociencias del Virginia Tech College of Science, se publicó el 16 de julio en Comunicaciones de la naturaleza . Muestra que en áreas como Oklahoma y el sur de Kansas hay evidencia de que las aguas residuales de los campos petroleros inyectadas bajo tierra en la formación Arbuckle tienen una densidad mucho más alta que los fluidos naturales que ocurren dentro de las fallas de la zona sismógena más profunda.
El problema: el agua residual se hunde y aumenta la presión del fluido en las profundidades subterráneas cuando tiene una densidad más alta que los fluidos que ya existen naturalmente. Los cambios de presión tan profundos, a profundidades de hasta 5 millas o más, pueden causar terremotos de mayor magnitud inclusoaunque el número total de terremotos está disminuyendo.
"Los terremotos ahora son comunes en el centro de Estados Unidos, donde la cantidad de terremotos de magnitud 3 o mayor aumentó de aproximadamente 19 por año antes de 2008 a más de 400 por año desde entonces", dijo Pollyea, profesora asistente de geociencias y directora deel Laboratorio de Geofluidos Computacionales en Virginia Tech. Pollyea agrega que la tasa general de terremotos por año ha disminuido desde 2016.
"En muchos casos, estos terremotos ocurren cuando las aguas residuales de los campos petroleros se eliminan bombeándolas a formaciones geológicas profundas", agregó Pollyea. "A medida que las aguas residuales se inyectan bajo tierra, la presión del fluido se acumula y migra lejos de los pozos de inyección. Esto desestabiliza las fallas.y provoca terremotos 'inducidos por inyección', como el dañino terremoto de 5,8 grados de magnitud que azotó Pawnee, Oklahoma, en 2016 ".
Pollyea fue autora del estudio con Martin Chapman, profesor asociado de investigación en geociencias y director del Observatorio Sismológico de Virginia Tech; y Richard S. Jayne y Hao Wu, ambos estudiantes graduados de Virginia Tech. El estudio utilizó modelado computacional y análisis de datos de terremotosde una amplia región del norte de Oklahoma y el sur de Kansas, aproximadamente 30,000 millas cuadradas.
"Este fue un resultado sorprendente", dijo Chapman. "Sugiere que el hundimiento de las aguas residuales aumenta la presión del fluido a mayores profundidades y puede causar terremotos más grandes".
Al analizar los datos de terremotos, los investigadores descubrieron que la cantidad de terremotos mayores a una magnitud 4 aumentó más del 150 por ciento de 2017 a 2018, mientras que la cantidad de terremotos con una magnitud de 2.5 o más disminuyó un 35 por ciento durante el mismo período.el número total de terremotos está comenzando a disminuir, pero el porcentaje de terremotos de mayor magnitud está aumentando.
"Nuestros modelos muestran que las aguas residuales de alta densidad pueden continuar hundiéndose y aumentar la presión del fluido a profundidades de 5 o más millas durante 10 o más años después de que se detengan las inyecciones", dijo Pollyea. "Hay una mayor proporción de terremotos de gran magnitud enprofundidades mayores de 5 millas en el centro-norte de Oklahoma y el sur de Kansas, pero hay menos terremotos totales en estas profundidades. Esto implica que la tasa de terremotos de gran magnitud está disminuyendo más lentamente que la tasa de terremotos en general ".
El estudio también encontró que la presión del fluido causada por el hundimiento de las aguas residuales permanece en el medio ambiente mucho más tiempo de lo que se consideraba anteriormente. "Nuestros modelos muestran que las aguas residuales de alta densidad continúan hundiéndose y aumentando la presión del fluido durante 10 a 15 años después de que finalizan las inyecciones, y esto puedeprolongar el peligro de terremoto en regiones como Oklahoma y Kansas ", dijo Pollyea.
Es importante tener en cuenta que Pollyea y sus colegas no están diciendo que todas las operaciones de eliminación de aguas residuales en campos petroleros causen terremotos, ni predicen un terremoto grande y potencialmente dañino en la región del Medio Oeste. Tampoco el estudio indica que la presión generada por la densidad aumentearriba ocurre en todas partes donde ocurren las operaciones de aguas residuales en campos petroleros.
Los investigadores han sabido desde la década de 1960 que bombear fluidos bajo tierra puede provocar terremotos, dijo Pollyea, pero este estudio es el primero en mostrar que la densidad del agua residual en sí misma juega un papel en la ocurrencia de un terremoto. Cuanto más pesado sea el fluido, mayor será elefecto del desplazamiento de los fluidos naturales y el mayor cambio de presión de los fluidos. A saber: tome una taza de agua salada del océano con partículas disueltas y viértala en un vaso de agua corriente normal. Antes de que las dos se mezclen, el agua del océano más pesadahundirse hasta el fondo, desplazando el agua del grifo "más ligera" hacia arriba.
"Los modelos anteriores de presión de poro han asumido que la densidad de los fluidos inyectados es la misma que en las rocas huésped, pero el mundo real difiere, y los fluidos inyectados son a menudo más pesados", dijo Shemin Ge, profesor y presidente de laDepartamento de Ciencias Geológicas de la Universidad de Colorado, que no participó en el estudio ". Este estudio analiza el efecto de los fluidos más pesados en la presión de los poros y, en consecuencia, en la inducción de terremotos. Los fluidos inyectados más pesados tienden a migrar hacia abajo, lo que, curiosamente, rastrea la ocurrencia de terremotos "
El nuevo estudio ofrece a los científicos, reguladores y formuladores de políticas un nuevo marco para gestionar la eliminación de aguas residuales en campos petroleros y el peligro de terremoto asociado, según el equipo de investigación. En lugares como Oklahoma, donde las medidas de mitigación de terremotos están en curso, los resultados de este estudio puedenser particularmente importante porque la combinación de presión de fluido persistente y cada vez más profunda sugiere que la tasa de terremotos de alta magnitud probablemente disminuya más lentamente que la tasa general de terremotos.
La financiación para este estudio provino del Servicio Geológico de los Estados Unidos, Programa de Peligros de Terremotos.
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Materiales proporcionados por Virginia Tech . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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