Area di studio per la sequenza sismica dell'aeroporto DFW. I triangoli gialli sono le stazioni gestite dalla SMU 2008-2009. Gli asterischi blu sono i terremoti riportati dal catalogo dei terremoti SMU 2013-2016, indicando la continua sismicità presso l'aeroporto DFW - i suoi confini indicati dalla linea tratteggiata blu-verde. La linea nera continua è l'errore dell'aeroporto DFW. Attestazione:SMU
Gli sforzi per fermare i terremoti causati dall'uomo chiudendo i pozzi di iniezione delle acque reflue che servono i giacimenti di petrolio e gas adiacenti possono semplificare eccessivamente la sfida, secondo un nuovo studio dei sismologi della Southern Methodist University, Dallas.
I sismologi hanno analizzato una sequenza di terremoti all'aeroporto internazionale di Dallas Fort Worth e hanno scoperto che anche se l'iniezione di acque reflue è stata interrotta dopo un anno, i terremoti continuarono.
La sequenza dei terremoti è iniziata nel 2008, e l'iniezione di acque reflue è stata interrotta nel 2009. Ma i terremoti sono continuati per almeno altri sette anni.
"Questo ci dice che l'iniezione ad alto volume, anche se è solo per poco tempo, quando è vicino a un guasto criticamente stressato, può indurre sismicità di lunga durata, " ha detto il sismologo della SMU Paul O. Ogwari, che ha sviluppato un metodo unico di analisi dei dati che ha prodotto i risultati dello studio.
I terremoti potrebbero continuare anche adesso, disse Ogwari, la cui analisi si è estesa fino al 2015.
I risultati dello studio indicano che la chiusura dei pozzi di iniezione in reazione ai terremoti, come stanno facendo alcuni stati come l'Oklahoma e l'Arkansas, potrebbe non avere l'effetto desiderato di fermare immediatamente ulteriori terremoti, ha detto la sismologa Heather DeShon, un coautore dello studio e un professore associato nel Dipartimento di Scienze della Terra SMU.
"La sequenza del terremoto DFW è iniziata ad Halloween nel 2008, prima che i tassi di sismicità dell'Oklahoma aumentassero notevolmente, " ha detto DeShon. "Questo studio rivisita quella che è stata tecnicamente la primissima sequenza di terremoti indotti moderni in questa regione e mostra che anche se l'iniettore delle acque reflue in questo caso era stato spento molto rapidamente, l'attività di iniezione ha comunque perturbato il guasto, così che ha generato terremoti anche sette anni dopo."
Questo fenomeno non è inaudito. I sismologi hanno visto quel tipo di risposta sismica da un'eruzione di terremoti indotti dall'uomo in Colorado dopo l'iniezione di acque reflue durante gli anni '60 al Rocky Mountain Arsenal vicino a Denver. Allo stesso modo in quel caso, l'iniezione è stata avviata e interrotta, ma i terremoti continuarono.
Tale possibilità non è stata ben compresa al di fuori dei circoli scientifici, disse DeShon. È un membro del team di sismologia della SMU che ha studiato e pubblicato ampiamente le proprie scoperte scientifiche relative all'insolita ondata di terremoti indotti dall'uomo nel nord del Texas.
"La percezione è che se gli iniettori di acque reflue di petrolio e gas stanno portando a questo, allora dovresti semplicemente chiudere i pozzetti di iniezione, " ha detto DeShon. "Ma lo studio di Paul mostra che c'è molto da imparare sulla fisica del processo, e monitorando continuamente per anni."
Ogwari, DeShon e il collega sismologo SMU Matthew J. Hornbach hanno riportato i risultati nella revisione paritaria Giornale di ricerca geofisica nell'articolo "The Dallas-Fort Worth Airport Earthquake Sequence:Sismicity Beyond Injection Period".
I terremoti noti dell'aeroporto DFW sono più di 400
Gli ammassi di terremoti senza precedenti dell'aeroporto DFW sono stati i primi mai documentati nella storia del sistema geologico ricco di petrolio della regione del Texas settentrionale noto come Fort Worth Basin. I terremoti sono anche la prima di molteplici sequenze nel bacino legate allo smaltimento sotterraneo su larga scala dei fluidi di scarto delle operazioni petrolifere e del gas.
I terremoti dell'aeroporto DFW sono iniziati nel 2008, così come l'iniezione di salamoia nelle acque reflue ad alto volume. La maggior parte dell'attività sismica si è verificata nei primi due mesi dall'inizio dell'iniezione, principalmente entro 0,62 miglia, o 1 chilometro, dal pozzo. Altri gruppi migrarono poi più a nord-est del pozzo nei successivi sette anni. I terremoti sono stati innescati su una faglia regionale preesistente che tende a 3,7 miglia, o 6 chilometri, nord-est a sud-ovest.
Ogwari, un ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Scienze della Terra SMU Roy M. Huffington, analizzato anni di dati sismici esistenti nella regione per dare uno sguardo più approfondito alla sequenza dell'aeroporto DFW, che ha totalizzato 412 terremoti fino al 2015.
Guardando i dati di quei terremoti, Ogwari ha scoperto che avevano continuato per almeno sette anni nel 2015 lungo l'80% della faglia, anche se l'iniezione è stata interrotta dopo soli 11 mesi nell'agosto del 2009.
Il tasso di terremoti è diminuito, ma la grandezza non è mai diminuita
In un altro importante risultato dello studio, Ogwari ha scoperto che la magnitudo dei terremoti dell'aeroporto DFW non è diminuita nel tempo, ma invece tenuto fermo. La magnitudo variava da 0,5 a 3,4, con il più grande che si è verificato tre anni dopo l'interruzione dell'iniezione nel pozzo.
"Quello che abbiamo visto qui è che l'entità è coerente nel tempo all'interno della faglia, " Ha detto Ogwari. "Ci aspettiamo di vedere gli eventi più grandi durante l'iniezione o immediatamente dopo l'iniezione, seguito da un brusco decadimento. Ma invece stiamo vedendo che la faglia continua a produrre terremoti con magnitudo simile a quella che abbiamo visto durante l'iniezione".
Mentre il tasso di terremoti è diminuito, ci sono stati 23 eventi al mese dal 2008 al 2009, ma solo 1 evento al mese dopo maggio 2010:la grandezza è rimasta la stessa. Ciò indica che l'errore non guarisce completamente.
"Non sappiamo perché sia così, " ha detto Ogwari. "Penso che sia una domanda che è là fuori e potrebbe aver bisogno di ulteriori ricerche".
La visualizzazione della mappa della SMU prevedeva il cambiamento di pressione dei pori nel seminterrato a circa 4,4 chilometri di profondità all'anno nel mese di marzo dal 2009 al 2014. I punti neri sono terremoti cumulativi al momento del cambiamento di pressione dei pori previsto. Attestazione:SMU
È necessario un maggiore monitoraggio per i terremoti provocati dall'uomo
Rispondendo a questa domanda, e altri, sulle complesse caratteristiche e comportamento di faglie e terremoti, richiede un monitoraggio più ampio di quello attualmente possibile, dati i fondi stanziati per monitorare i terremoti.
Il monitoraggio delle faglie coinvolge stazioni posizionate strategicamente che "ascoltano" e registrano onde di intensa energia che risuonano attraverso il terreno, ha detto DeShon.
Il bacino di Fort Worth comprende lo scisto di Barnett, un'importante formazione geologica che produce gas, in cima alla profonda formazione di Ellenberger utilizzata per lo stoccaggio delle acque reflue, che ricopre uno strato basale in granito. L'antico sistema di faglie dell'aeroporto si estende a tutte le unità.
L'attrito ha impedito alla faglia di scivolare per milioni di anni, ma nel 2008 elevati volumi di acque reflue iniettate hanno disturbato la faglia aeroportuale. Che ha fatto scivolare la colpa, rilasciando energia immagazzinata in onde. Le onde più potenti sono state "sentite" come la terra che trema.
"Le equazioni fisiche dettagliate che mettono in relazione i processi delle acque reflue con i processi di guasto sono ancora un po' una domanda, " ha detto DeShon. "Ma generalmente l'ipotesi favorita è che il fluido iniettato cambia la pressione abbastanza da cambiare il rapporto tra la sollecitazione verso il basso e le sollecitazioni orizzontali, che lascia scivolare la colpa."?
I terremoti nel nord del Texas erano sconosciuti fino al 2008, così quando cominciarono a farsi sentire, i sismologi si sono dati da fare per installare i monitor. Quando i terremoti si placarono, le stazioni di monitoraggio sono state rimosse.
"Così com'è ora, ci manca l'inizio dei terremoti. I monitor vengono rimossi quando i terremoti smettono di farsi sentire, " DeShon ha detto. "Ma questo studio ci dice che c'è di più che i terremoti 'sentiti'. Dobbiamo sapere come iniziano le sequenze, e anche come finiscono. Se mai riusciremo a capire cosa sta succedendo, abbiamo bisogno dell'inizio, il mezzo e la fine. Non solo nel mezzo, dopo che si sono sentiti."
Metodo innovativo sfruttato per lo studio dell'attività sismica
I monitor del team SMU installati presso l'aeroporto DFW sono stati rimossi quando l'attività sismica sembrava essere cessata nel 2009.
Ogwari ha ipotizzato di poter guardare i dati storici delle stazioni di monitoraggio distanti ancora in atto per estrarre informazioni e documentare la storia dei terremoti dell'aeroporto DFW.
Le stazioni lontane fanno parte della rete permanente degli Stati Uniti monitorata e gestita dall'U.S. Geological Survey. Il più vicino è a 152 miglia, 245 chilometri, via.
Forme d'onda del terremoto, come impronte umane, sono unici. Ogwari used the local station monitoring data to train software to identify DFW earthquakes on the distant stations. Ogwari took each earthquake's digital fingerprint and searched through years of data, cross-correlating waveforms from both the near and regional stations and identified the 412 DFW Airport events.
"The earthquakes are small, less than magnitude three, " DeShon said. "So on the really distant stations it's like searching for a needle in a haystack, sifting them from all the other tiny earthquakes happening all across the United States."
Each path is unique for every earthquake, and seismologists record each wave's movement up and down, north to south, and east to west. From that Ogwari analyzed the evolution of seismicity on the DFW airport fault over space and time. He was able to look at data from the distant monitors and find seismic activity at the airport as recent as 2015.
"Earthquakes occurring close in space usually have a higher degree of similarity, " Ogwari said. "As the separation distance increases the similarity decreases."
To understand the stress on the fault, the researchers also modeled the location and timing of the pressure in the pores of the rock as the injected water infiltrated.
For the various earthquake clusters, the researchers found that pore pressure increased along the fault at varying rates, depending on how far the clusters were from the injection well, the rate and timing of injection, and hydraulic permeability of the fault.
The analysis showed pore-pressure changes to the fault from the injection well where the earthquakes started in 2008; at the location of the May 2010 quakes along the fault; and at the northern edge of the seismicity.
Will the DFW Airport fault continue to slip and trigger earthquakes?
"We don't know, " Ogwari said. "We can't tell how long it will continue. SMU and TexNet, the Texas Seismic Network, continue to monitor both the DFW Airport faults and other faults in the Basin."