Новое исследование, проведенное учеными Стэнфордского университета, показало, что одно из самых мощных землетрясений, когда-либо зарегистрированных в Альберте, Канада, вероятно, было вызвано нефтегазовой активностью.
30 ноября 2022 года землетрясение магнитудой 5,6 потрясло отдаленный район Пис-Ривер на северо-западе Альберты, часть канадского региона нефтеносных песков. Хотя люди почувствовали сотрясение на расстоянии более 400 миль, жители и предприятия не сообщали о травмах или разрушениях.
Регулирующие органы энергетики региона охарактеризовали землетрясение как естественное тектоническое событие. Однако новый тщательный анализ, проведенный геофизиками из Стэнфорда, предполагает, что деятельность нефтяной промышленности — в частности, сброс сточных вод глубоко под землей — скорее всего, спровоцировала подземный толчок. Три чуть меньших землетрясения снова произошли в том же районе 16 марта, менее чем в миле от прошлогоднего крупного землетрясения.
Исследователи уже давно связывают землетрясения с гидроразрывом пласта и удалением сточных вод в других частях Альберты и Британской Колумбии, провинций, расположенных вдоль Канадских Скалистых гор. Новое исследование, опубликованное 23 марта в журнале Geophysical Research Letters, является первым, связывающим столь сильное землетрясение с деятельностью человека так далеко от горного хребта, в регионе, где промышленность сосредоточена на разработке нефтеносных песков, а не на гидроразрыве пласта для получения природного газа.
Полученные результаты имеют последствия для безопасности текущих и будущих операций, связанных с энергетикой, таких как подземное хранение углекислого газа для смягчения последствий изменения климата.
«Землетрясения, аналогичные по магнитуде событию на реке Пис, могли бы быть разрушительными, даже смертельными, если бы они произошли в более населенных районах», — сказал ведущий автор исследования Райан Шульц, который недавно защитил докторскую диссертацию по геофизике в Стэнфордской школе устойчивого развития Doerr. «Важно, чтобы мы понимали задействованную механику и как избежать повторения подобных событий».
«Землетрясение на Пис-Ривер привлекло наш интерес, потому что оно произошло в необычном месте», — сказал соавтор Уильям Эллсворт, профессор-исследователь геофизики и содиректор Стэнфордского центра индуцированной и спровоцированной сейсмичности. «Многочисленные неопровержимые доказательства указывают на то, что это землетрясение было вызвано человеком».
Поиск виновного
За последние десятилетия ученые задокументировали сотни землетрясений, вызванных операциями с нефтью и газом по всему миру, особенно в Соединенных Штатах. Чтобы оценить причины землетрясения на Пис-Ривер, команда Стэнфорда и коллеги использовали хорошо зарекомендовавший себя подход, который учитывает детали сейсмических событий и контекст, включая местоположение, глубину, время, региональную историю фоновых землетрясений и записи о промышленной деятельности.
Операции в районе Пис-Ривер сосредоточены на добыче густой, черной, липкой нефти, известной как битум. Чтобы мобилизовать смолоподобное вещество для более легкой откачки на поверхность, рабочие закачивают огромное количество горячей воды или растворителей под землю, где оно может смешиваться с тяжелыми металлами, углеводородами и вредными химическими веществами. Наиболее экономичным способом утилизации этих сточных вод является их повторная закачка под землю. С тех пор как в 1980-х годах в районе исследования Пис-Ривер начались работы по извлечению битума, под землю было закачано около 40 000 олимпийских плавательных бассейнов (100 миллионов кубометров) сточных вод.
Исследователи сравнили общедоступную информацию о деятельности по удалению сточных вод в Пис-Ривер с деформацией грунта, измеренной спутниковыми и региональными сейсмическими мониторами. «Правительство Альберты заслуживает похвалы за свою прозрачность в предоставлении общественности доступа к данным о производстве и утилизации», — сказал Эллсворт. В целом, результаты связали частые незначительные землетрясения с удалением сточных вод в результате добычи битума почти десятилетней давности, что также явно указывает на сильное землетрясение в ноябре 2022 года.
Ключевое свидетельство было получено благодаря спутниковым наблюдениям, которые показали резкое поднятие грунта на 3,4 сантиметра во время ноябрьского землетрясения. Это изменение высоты оказалось совместимым с сейсмическим движением вдоль ранее недокументированной линии разлома — разлома между гигантскими каменными блоками глубоко под землей, где происходит большинство землетрясений. Согласно исследованию, большой объем сброшенных сточных вод увеличил давление воды на разлом, ослабил его и сделал склонным к скольжению.
Будущий риск землетрясения
Землетрясение на Пис-Ривер в 2022 году, по словам Шульца, является «поучительной историей» для региона, где правительство и промышленность стремятся расширить производство водорода, улавливание и хранение углерода в ближайшие годы, продолжая при этом утилизацию сточных вод из нефтяных песков.
Один из предлагаемых подходов к производству водорода включает расщепление природного газа на водород и диоксид углерода, затем улавливание CO2 и сжатие его в сверхкритическую жидкость для длительного хранения. «Переход на «голубой» водород потребует утилизации путем закачки беспрецедентных объемов сверхкритического диоксида углерода», — сказал Шульц. Подобно сточным водам при производстве битума, закачка углекислого газа под землю может вызвать сейсмичность.
Исследователи из Стэнфорда надеются, что расширение сейсмического мониторинга на участках активной добычи нефти, в Пис-Ривер и в других местах, поможет ученым лучше понять, когда и как деятельность человека приводит к землетрясениям. Эллсворт сказал: «Жизненно важно, чтобы мы понимали все аспекты индуцированной сейсмичности, от базовых физических механизмов до управления рисками».