In un articolo appena pubblicato, I geoscienziati della Virginia Tech hanno scoperto che l'iniezione di acque reflue poco profonde, non le iniezioni profonde di acque reflue, può guidare un'attività sismica profonda diffusa nei giacimenti di produzione di petrolio e gas non convenzionali.

La salamoia è un sottoprodotto tossico delle acque reflue della produzione di petrolio e gas. I perforatori di pozzi smaltiscono grandi quantità di salamoia iniettandola in formazioni sotterranee, dove la sua iniezione può causare terremoti, secondo Guang Zhai, un ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di Geoscienze, parte del Virginia Tech College of Science, e un ricercatore assistente in visita presso l'Università della California, Berkeley.

I risultati appaiono nell'edizione del 10 maggio della rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze . Insieme a Zhai sulla carta ci sono Manoochehr Shirzaei, professore associato di geoscienze al Virginia Tech, e Michele Manga, professore e presidente del Dipartimento di Scienze della Terra e dei Pianeti di Berkeley. Nello studio finanziato dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, il team si è concentrato sul bacino del Delaware nel Texas occidentale, uno dei giacimenti di idrocarburi più produttivi e non convenzionali degli Stati Uniti.

Dal 2010, il bacino ha registrato un aumento significativo dell'iniezione di acque reflue poco profonde e una diffusa sismicità profonda, compreso il recente evento di magnitudo 5.0 nei pressi di Mentone, Texas. La maggior parte dei terremoti sono stati relativamente piccoli, ma alcuni sono stati grandi e ampiamente sentiti.

"È piuttosto interessante che l'iniezione sopra lo spesso, il serbatoio di scisto complessivo a bassa permeabilità può indurre un terremoto all'interno del seminterrato profondo, nonostante un collegamento idraulico minimo, " ha detto Zhai. "Quello che abbiamo scoperto è che i cosiddetti stress poroelastici possono attivare faglie del seminterrato, che è originato dall'iniezione di fluido che causa la deformazione della roccia."

La poroelasticità è l'interazione risultante tra flusso di fluido e deformazioni solide all'interno di una formazione porosa, qui arenaria. "Questa scoperta è significativa perché mette sotto i riflettori gli stress poroelastici come il principale driver per i terremoti del bacino nel bacino, " disse Shirzaei, che è anche un membro di facoltà affiliato del Virginia Tech Global Change Center.

Ancora, prevedere la quantità di attività sismica dall'iniezione di acque reflue è problematico perché coinvolge numerose variabili, uno dei quali è la profondità di iniezione, ha detto Zhai. Sebbene sia ben noto che l'aumento della pressione del fluido dovuto all'iniezione profonda è la ragione dominante del recente aumento della sismicità negli Stati Uniti centrali e orientali, è ancora discutibile esattamente come le iniezioni superficiali causino i terremoti.

Durante lo studio, il team ha osservato come quantità variabili di salamoia iniettata abbiano perturbato gli stress crostali in profondità sotto il bacino del Delaware e come questi disturbi portino a terremoti su una determinata faglia. Aggiunto Zhai, "I fluidi come la salamoia e le acque sotterranee naturali possono essere sia immagazzinati che muoversi attraverso le rocce porose".

Il trio ha utilizzato l'analisi dei dati e la modellazione al computer per imitare il grande volume di estrazione di fluidi dai giacimenti di scisto da più di 1, 500 pozzi di produzione di scisto dal 1993 al 2020, con 400 pozzi che iniettano salamoia in formazioni di arenaria dal 2010 al 2020. Per rendere realistico lo scenario, il modello includeva le proprietà meccaniche delle rocce nel bacino del Delaware, Shirzaei ha detto.

Il team ha scoperto che i terremoti a livello del bacino si verificano principalmente dove lo stress profondo aumenta a causa dell'iniezione superficiale. Ciò significa che esiste un nesso causale tra terremoti profondi e iniezione di fluido superficiale tramite trasferimento elastico dello stress.

"Il profondo cambiamento di stress è sensibile alle proprietà delle falde acquifere poco profonde, soprattutto la diffusività idraulica, che descrive la facilità di scorrimento del fluido in un mezzo poroso, " Manga ha detto. "Una domanda da porsi è perché alcune aree che ospitano molte iniezioni superficiali mancano di sismicità. Il nostro approccio offre un modo per indagare su altri fattori significativi che controllano i terremoti indotti".

Oltre agli interventi umani, le stesse impostazioni tettoniche aiutano anche a predeterminare la magnitudo e la probabilità del terremoto, ha detto Shirzaei. Questo studio e il lavoro futuro forniranno un modo praticabile per valutare i rischi sismici indotti, combinando fattori naturali e umani. L'obiettivo finale:ridurre al minimo i rischi derivanti dallo smaltimento delle acque reflue durante la produzione di gas naturale fino a lungo termine, le tecnologie delle energie rinnovabili diventano disponibili per tutti.

"Con l'aumento della domanda di energia futura a livello globale, affrontare l'enorme quantità di acque reflue coprodotte rimane impegnativo, e l'iniezione superficiale sicura per lo smaltimento è più conveniente rispetto all'iniezione profonda o al trattamento dell'acqua, " ha detto Zhai. "Speriamo che il meccanismo che troviamo in questo studio possa aiutare le persone a ripensare ai modi in cui sono causati i terremoti indotti, alla fine aiutando a comprenderli meglio e a mitigare i loro rischi".