Os esforços para impedir terremotos causados ​​pelo homem fechando poços de injeção de águas residuais que atendem a campos de petróleo e gás adjacentes podem simplificar demais o desafio, de acordo com um novo estudo de sismólogos da Southern Methodist University, Dallas.

Os sismólogos analisaram uma sequência de terremotos no Aeroporto Internacional de Dallas Fort Worth e descobriram que, embora a injeção de águas residuais tenha sido interrompida após um ano, os terremotos continuaram.

A sequência de terremotos começou em 2008, e a injeção de águas residuais foi interrompida em 2009. Mas os terremotos continuaram por pelo menos mais sete anos.

"Isso nos diz que a injeção de alto volume, mesmo que seja por pouco tempo, quando está perto de uma falha criticamente estressada, pode induzir sismicidade de longa duração, "disse o sismólogo SMU Paul O. Ogwari, que desenvolveu um método único de análise de dados que produziu os resultados do estudo.

Os terremotos podem continuar mesmo agora, disse Ogwari, cuja análise se estendeu até 2015.

As descobertas do estudo indicam que o fechamento de poços de injeção em reação a terremotos, como alguns estados como Oklahoma e Arkansas estão fazendo, pode não ter o efeito desejado de parar imediatamente outros terremotos, disse a sismologista Heather DeShon, co-autor do estudo e professor associado do Departamento de Ciências da Terra da SMU.

"A sequência do terremoto DFW começou no Halloween em 2008 - antes que as taxas de sismicidade de Oklahoma aumentassem notavelmente, "disse DeShon." Este estudo revisita o que foi tecnicamente a primeira sequência moderna de terremotos induzidos nesta região e mostra que, embora o injetor de águas residuais, neste caso, tenha sido desligado muito rapidamente, a atividade de injeção ainda perturbava a falha, de modo que isso gerou terremotos sete anos depois. "

Esse fenômeno não é inédito. Os sismólogos viram esse tipo de resposta a terremotos em uma série de terremotos induzidos por humanos no Colorado, após a injeção de águas residuais durante a década de 1960 no Arsenal das Montanhas Rochosas, perto de Denver. Da mesma forma, nesse caso, injeção foi iniciada e interrompida, mas os terremotos continuaram.

Essa possibilidade não foi bem compreendida fora dos círculos científicos, disse DeShon. Ela é membro da equipe de sismologia SMU que estudou e publicou extensivamente sobre suas descobertas científicas relacionadas à onda incomum de terremotos induzidos por humanos no norte do Texas.

“A percepção é que se os injetores de esgoto de óleo e gás estão levando a isso, então você deve apenas fechar os poços de injeção, "DeShon disse." Mas o estudo de Paul mostra que há muito a ser aprendido sobre a física do processo, e monitorando continuamente por anos. "

Ogwari, DeShon e seu colega sismologista SMU Matthew J. Hornbach relataram as descobertas no estudo revisado por pares Journal of Geophysical Research no artigo "Sequência do terremoto no aeroporto de Dallas-Fort Worth:sismicidade além do período de injeção."

Os terremotos conhecidos do aeroporto DFW somam mais de 400

Os conjuntos de terremotos sem precedentes do Aeroporto DFW foram os primeiros documentados na história do sistema geológico rico em petróleo da região do Norte do Texas, conhecido como Fort Worth Basin. Os terremotos também são os primeiros de várias sequências na bacia ligadas ao descarte subsuperficial em larga escala de fluidos residuais de operações de petróleo e gás.

Os terremotos do Aeroporto DFW começaram em 2008, assim como a injeção de água residual de alto volume de salmoura. A maior parte da atividade sísmica ocorreu nos primeiros dois meses após o início da injeção, principalmente dentro de 0,62 milhas, ou 1 quilômetro, do poço. Outros aglomerados então migraram ainda mais para o nordeste do poço nos sete anos seguintes. Os terremotos foram desencadeados em uma falha regional pré-existente com tendência de 3,7 milhas, ou 6 quilômetros, nordeste para sudoeste.

Ogwari, um pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Ciências da Terra da SMU Roy M. Huffington, analisou anos de dados sísmicos existentes da região para dar uma olhada mais profunda na sequência do aeroporto DFW, que totalizou 412 terremotos até 2015.

Olhando para os dados desses terremotos, Ogwari descobriu que eles continuaram por pelo menos sete anos em 2015 ao longo de 80% da falha, embora a injeção tenha sido interrompida após apenas 11 meses em agosto de 2009.

A taxa de terremotos diminuiu, mas a magnitude nunca diminuiu

Em outra descoberta importante do estudo, Ogwari descobriu que a magnitude dos terremotos do Aeroporto DFW não diminuiu com o tempo, mas, em vez disso, manteve-se firme. A magnitude variou de 0,5 a 3,4, com o maior ocorrendo três anos após a injeção no poço foi interrompida.

"O que vimos aqui é que a magnitude é consistente ao longo do tempo dentro da falha, "Ogwari disse." Esperamos ver os eventos maiores durante a injeção ou imediatamente após a injeção, seguido de decadência abrupta. Mas, em vez disso, estamos vendo que a falha continua a produzir terremotos com magnitudes semelhantes às que vimos durante a injeção. "

Embora a taxa de terremotos tenha diminuído - ocorreram 23 eventos por mês de 2008 a 2009, mas apenas 1 evento por mês após maio de 2010 - a magnitude permaneceu a mesma. Isso indica que a falha não cicatriza completamente.

"Não sabemos por que isso, "Ogwari disse." Eu acho que essa é uma questão que está lá fora e pode precisar de mais pesquisas. "

Mais monitoramento necessário para terremotos induzidos por humanos

Respondendo a essa pergunta, e outros, sobre as características complexas e o comportamento de falhas e terremotos, requer um monitoramento mais extenso do que é atualmente possível, dado o financiamento alocado para monitorar terremotos.

O monitoramento das falhas envolve estações estrategicamente colocadas que "ouvem" e gravam ondas de intensa energia que ecoam pelo solo, DeShon disse.

A Bacia de Fort Worth inclui o xisto Barnett, uma importante formação geológica produtora de gás, no topo da formação Ellenberger profunda usada para armazenamento de águas residuais, que se sobrepõe a uma camada de embasamento de granito. O antigo sistema de falhas do aeroporto se estende por todas as unidades.

O atrito evitou que a falha escorregasse por milhões de anos, mas em 2008, altos volumes de águas residuais injetadas perturbaram a falha do aeroporto. Isso fez com que a falha escorregasse, liberando energia armazenada em ondas. As ondas mais poderosas foram "sentidas" como o tremor da terra.

"As equações físicas detalhadas que relacionam os processos de águas residuais aos processos de falha ainda são um pouco questionáveis, "DeShon disse." Mas geralmente a hipótese preferida é que o fluido injetado muda a pressão o suficiente para mudar a razão entre a tensão descendente e a horizontal, o que permite que a falha deslize. "?

Terremotos no norte do Texas eram inéditos até 2008, então, quando eles começaram a ser sentidos, sismólogos se esforçaram para instalar monitores. Quando os terremotos diminuíram, as estações de monitoramento foram removidas.

"Como está agora, perdemos o início dos terremotos. Os monitores são removidos quando os terremotos param de ser sentidos, "DeShon disse." Mas este estudo nos diz que há mais do que os terremotos 'sentidos'. Precisamos saber como as sequências começam, e também como eles terminam. Se algum dia vamos entender o que está acontecendo, precisamos do começo, o meio - e o fim. Não apenas o meio, depois que eles são sentidos. "

Método inovador usado para estudar a atividade sísmica

Os monitores que a equipe SMU instalada no aeroporto DFW foram removidos quando a atividade sísmica parecia ter diminuído em 2009.

Ogwari hipotetizou que ele poderia olhar para dados históricos de estações de monitoramento distantes ainda no local para extrair informações e documentar a história dos terremotos do Aeroporto DFW.

As estações distantes fazem parte da rede permanente dos EUA monitorada e mantida pelo U.S. Geological Survey. O mais próximo fica a 152 milhas, 245 quilômetros, longe.

Formas de onda de terremoto, como impressões digitais humanas, São únicos. Ogwari usou os dados de monitoramento da estação local para treinar o software para identificar terremotos DFW nas estações distantes. 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."