À medida que aumenta a preocupação com terremotos induzidos pela atividade humana, como a exploração de petróleo, geólogos da Universidade de Kansas relatam um novo entendimento sobre os recentes terremotos no Kansas e Oklahoma. Essa descoberta pode um dia levar a um método para prever onde podem ocorrer terremotos induzidos e pode ajudar a indústria de energia e os reguladores a decidir onde colocar os poços com segurança.

Em um artigo publicado online hoje em Avanços da Ciência , K. Alex Nolte, Doutoranda do Departamento de Geologia; George Tsoflias, professor associado do departamento; Tandis Bidgoli, cientista assistente do Serviço Geológico de Kansas, e Lynn Watney, pesquisador científico sênior da KGS, relatam que foram capazes de usar uma série de sensores no campo de petróleo de Wellington, no centro-sul do Kansas, para detectar sinais de terremotos locais que apontam para um aumento na pressão do fluido em áreas específicas do subsolo. A capacidade de detectar diretamente a pressão causadora de terremotos pode permitir que os geólogos desenvolvam métodos de previsão de quais áreas do subsolo podem estar sujeitas a terremotos induzidos.

"É muito promissor, mas não resolvemos nada ainda, "Nolte disse." Ainda há muitos obstáculos a transpor.

O artigo publicado fornece novos insights, mas também é incomum porque seu autor principal, Nolte, ainda é um estudante. Poucos cientistas, quanto mais alunos, já publicou em uma das revistas de prestígio como Avanços da Ciência produzidos pela American Association for the Advancement of Science. A publicação é a primeira de Nolte, e trata de um problema que afeta sua cidade natal, Wichita.

O estudo foi motivado por um aumento surpreendente de terremotos no que antes era o meio do continente sismicamente silencioso. Nas mais de três décadas entre 1977 e 2012, apenas 15 terremotos com magnitude de 3,0 ou maior foram registrados em todo o estado do Kansas. Um terremoto de magnitude 3,0 é normalmente sentido por humanos. Desde 2012, mais de 100 terremotos de 3,0 ou mais foram registrados em apenas dois condados do estado, Sumner e Harper. Isso inclui o maior terremoto já monitorado no Kansas em novembro de 2014, um evento de magnitude 4,9 perto da cidade de Milão no condado de Sumner. A frequência dos terremotos continua a aumentar. Entre maio de 2015 e julho de 2017, a série de sensores KU detectou mais de 2, 400 terremotos apenas no condado de Sumner, variando em magnitude de 0,4 a 3,6.

Vários pesquisadores já relacionaram o aumento da ocorrência de terremotos na área com a atividade humana, especificamente, uma explosão do petróleo que produziu quantidades cada vez maiores de águas residuais. Cada poço de petróleo produz águas residuais. Isso é verdade para poços convencionais e para poços que empregam fraturamento hidráulico (conhecido popularmente como fracking). O boom do petróleo levou a mais poços de petróleo sendo perfurados na área, o que levou a um aumento acentuado no volume de águas residuais. Os pesquisadores agora acreditam que o aumento da injeção de águas residuais no aquífero salgado na subsuperfície, o Arbuckle, causou o aumento dos terremotos.

Porque as condições na subsuperfície variam e uma tempestade perfeita de problemas deve estar presente para um poço de injeção de águas residuais para induzir um terremoto, apenas uma fração relativamente pequena dos poços de injeção causa tremores. Isso torna difícil para os reguladores e a indústria de energia determinar onde podem colocar os poços.

Como esponjas feitas de rocha, os aquíferos armazenam fluido em seus poros. A água residual injetada aumenta a pressão do fluido nos poros do aquífero e nas fraturas (rachaduras) da rocha. Um terremoto é disparado quando o fluido empurrando contra a rocha afeta uma falha existente que já está perto de escorregar. Se os pesquisadores puderem detectar regiões de elevada pressão de fluido nos poros do aquífero, eles podem ser capazes de prever onde os terremotos induzidos provavelmente ocorreriam.

Os geólogos acompanharam o aumento da pressão dos poros, notando uma diferença na forma como as ondas sísmicas dos terremotos recentes, presumivelmente induzida por injeção, agir em comparação com a forma como as ondas dos mais velhos, terremotos que ocorrem naturalmente agem. O grupo estudou o que os geólogos chamam de ondas de cisalhamento, ou ondas S, olhando atentamente para sua anisotropia, um fenômeno onde as ondas se dividem em dois com um componente da onda viajando ao longo das fraturas na rocha e o segundo componente viajando perpendicular ou quase perpendicular à orientação da fratura.

Nos terremotos naturais que não envolvem alta pressão, o componente de onda viajando ao longo das fraturas se move mais rápido do que o componente de onda se movendo perpendicularmente às fraturas. Nos terremotos induzidos no Kansas, os geólogos descobriram o oposto.

"Essas mudanças, ou 'vira', na orientação de onda S rápida foi documentado anteriormente em terremotos naturais e configurações vulcânicas onde existem zonas criticamente estressadas pela pressão do fluido de poro, "Tsoflias disse." Nossa observação de desvios da onda S em recentes terremotos no sul do Kansas fornece, pela primeira vez, evidências do aumento da pressão dos poros na região a partir de dados sismológicos. "