O mapa do USGS destaca as zonas de risco de terremotos. As caixas azuis indicam áreas de alta atividade de terremotos causados por humanos devido à injeção de fluido em poços profundos. Crédito:USGS
Usando dados de experimentos de campo e modelagem de falhas no solo, pesquisadores da Tufts University descobriram que a prática de injeção de fluido subterrâneo usada em 'fraturamento' e eliminação de águas residuais para exploração de petróleo e gás pode causar danos significativos, espalhando rapidamente a atividade sísmica além da zona de difusão de fluido. Injeções profundas de fluido - com mais de um quilômetro de profundidade - são conhecidas por estarem associadas à atividade sísmica aprimorada - muitas vezes considerada limitada às áreas de difusão de fluido. Ainda o estudo, publicado hoje no jornal Ciência , testa e apóia fortemente a hipótese de que as injeções de fluido estão causando terremotos potencialmente prejudiciais ainda mais longe, pelo lento deslizamento de redes de fratura de falha pré-existentes, no estilo dominó.
Os resultados explicam a observação de que a frequência de terremotos provocados pelo homem em algumas regiões do país ultrapassa os pontos críticos de terremotos naturais.
O estudo também representa uma prova de conceito no desenvolvimento e teste de modelos mais precisos de comportamento de falha usando experimentos reais em campo. Muito do nosso conhecimento atual sobre a física das falhas geológicas é derivado de experimentos de laboratório conduzidos em escalas de comprimento de amostra de um metro ou menos. Contudo, terremotos e ruptura de falhas ocorrem em escalas muito maiores. As observações de ruptura de falha nessas escalas maiores são feitas remotamente e fornecem estimativas pobres dos parâmetros físicos do comportamento da falha que seriam usados para desenvolver um modelo de efeitos artificiais. Mais recentemente, a comunidade científica do terremoto colocou recursos em experimentos de injeção em escala de campo para preencher a lacuna de escala e compreender o comportamento da falha em seu habitat natural.
Os pesquisadores usaram dados dessas injeções de campo experimental, anteriormente conduzido na França e liderado por uma equipe de pesquisadores baseada na Universidade de Aix-Marseille e na Universidade de Nice Sophia-Antipolis. Os experimentos mediram a pressurização e o deslocamento da falha, deslizamento e outros parâmetros que são alimentados no modelo de falha-deslizamento usado no estudo atual. A análise dos pesquisadores da Tufts fornece a inferência mais robusta até o momento de que o deslizamento ativado por fluido em falhas pode ultrapassar rapidamente a propagação de fluido no subsolo.
A injeção de águas residuais a quilômetros abaixo do solo leva a uma região de fluido de poro pressurizado na rocha (região sombreada em azul). Os autores do estudo descobriram que tal injeção pode induzir a ruptura lenta de falhas (linhas pretas grossas) que se propagam mais rápido do que o fluido pode migrar. A perturbação de tensão deste deslizamento de falha pode ser a principal causa de uma nuvem em expansão de sismicidade (círculos cinza), frequentemente observada no campo. Linhas pretas finas indicam pré-existentes, mas falhas ainda não ativadas. Crédito:Rob Viesca &Pathikrit Bahattacharya, Universidade Tufts
"Uma restrição importante no desenvolvimento de modelos numéricos confiáveis de risco sísmico é a falta de observações do comportamento da falha em seu habitat natural, "disse Pathikrit Bhattacharya, um ex-pós-doutorado no departamento de engenharia civil e ambiental da Escola de Engenharia da Tufts University e principal autor do estudo. "Esses resultados demonstram que, Quando disponível, tais observações podem fornecer uma visão notável do comportamento mecânico das falhas e nos forçar a repensar seu potencial de risco ". Bhattacharya é agora professor assistente na Escola da Terra, Ocean and Climate Sciences no Indian Institute of Technology em Bhubaneswar, Índia.
O perigo representado por terremotos induzidos por fluidos é uma questão de crescente preocupação pública nos Estados Unidos. O efeito do terremoto causado pelo homem é considerado responsável por fazer de Oklahoma - uma região muito ativa de exploração de petróleo e gás - a região sísmica mais produtiva do país, incluindo a Califórnia. "É notável que hoje tenhamos regiões de atividade sísmica provocada pelo homem que ultrapassam o nível de atividade em pontos quentes naturais, como o sul da Califórnia, "disse Robert C. Viesca, professor associado de engenharia civil e ambiental na Escola de Engenharia da Tufts University, co-autor do estudo e supervisor de pós-doutorado de Bhattacharya. "Nossos resultados fornecem validação para as consequências suspeitas da injeção de fluido profundamente na subsuperfície, e uma ferramenta importante na avaliação da migração e do risco de terremotos induzidos na futura exploração de petróleo e gás. "
A maioria dos terremotos induzidos por fracking é muito pequena - 3,0 na escala Richter - para ser uma preocupação de segurança ou danos. Contudo, a prática de injeção profunda dos produtos residuais dessas explorações pode afetar falhas maiores e mais profundas que estão sob estresse e são suscetíveis ao deslizamento induzido por fluido. A injeção de águas residuais em poços profundos (maiores que um quilômetro) pode causar terremotos grandes o suficiente para serem sentidos e podem causar danos.
De acordo com o U.S. Geological Survey, o maior terremoto induzido por injeção de fluido e documentado na literatura científica foi um terremoto de magnitude 5,8 em setembro de 2016 no centro de Oklahoma. Quatro outros terremotos maiores que 5,0 ocorreram em Oklahoma como resultado da injeção de fluido, e terremotos de magnitude entre 4,5 e 5,0 foram induzidos por injeção de fluido em Arkansas, Colorado, Kansas e Texas.
