Es gibt eine wichtige Trennlinie in der Geschichte der jüngsten Erdbeben in Texas – jene vor und jene nach 2017, als mit der Einrichtung des Texas Seismological Network (TexNet) die Möglichkeit geschaffen wurde, seismische Ereignisse mit viel geringerer Magnitude zu überwachen.
Eine neue Studie von Seismologen der SMU vergleicht Erdbeben im Permian Basin, die sich vor 2017 ereigneten, mit Echtzeitdaten von Erdbeben, die nach 2020 stattfanden. Die Ergebnisse bestätigen, dass die Seismizität von 2009 bis 2017 ursächlich mit der unterirdischen Injektion von Abwasser zusammenhängt, das als Nebenprodukt der Öl- und Gasförderung entsteht.
Die Studie präsentiert fortschrittliche Methoden zur Erdbebenortung, die die geschätzten Tiefen früherer seismischer Aktivitäten erheblich revidieren, und zeigt, dass die früheren Erdbeben im Becken, ähnlich wie die heutigen Ereignisse, in oder nahe den Einheiten zur Einleitung von Abwasser in geringe Tiefen auftraten.
Die Ergebnisse erscheinen in Die seismische Aufzeichnung unter dem Titel „Einblicke in die zeitliche Entwicklung induzierter Erdbeben im südlichen Delaware-Becken anhand kalibrierter Relocations aus dem TXAR-Katalog (2009–2016).“ Die Postdoktorandin Asiye Aziz Zanjani von der SMU ist die Hauptautorin. Heather DeShon, Abteilungsleiterin der Roy M. Huffington-Abteilung für Geowissenschaften der SMU, ist Co-Autorin.
Im letzten Jahrzehnt hat sich das Permian Basin im Westen von Texas und im Südosten von New Mexico in den USA durch die Nutzung von Fracking zum weltweit führenden Erdölproduzenten entwickelt. Das Becken ist in das westliche Delaware Basin, die Central Basin Platform und das östliche Midland Basin unterteilt.
Der Schwerpunkt dieser Forschung liegt auf dem Delaware-Becken südlich der Grisham-Verwerfungszone. Frühere Arbeiten hatten darauf hingewiesen, dass die Erdbeben hier etwa im Jahr 2009 begannen, als Fracking und Abwassereinleitung deutlich zunahmen. Aufgrund fehlender seismischer Stationen war ein genaueres Verständnis jedoch nur eingeschränkt möglich.
Beim Hydrofracking wird eine Mischung aus Wasser, Sand und Chemikalien tief in den Boden gespritzt, um Risse zu erzeugen, die die Öl- und Gasförderung verbessern. Anschließend gelangen neben dem Öl und Gas auch natürliches Wasser aus der Formation und die beim Hydrofracking verwendeten Flüssigkeiten an die Oberfläche.
Das Abwasser muss entsorgt werden. Eine gängige Taktik besteht darin, es in Entsorgungsbohrungen zu pumpen, die auf Gestein abzielen, das die zusätzliche Flüssigkeit aufnehmen kann. Im Delaware Basin erfolgt die Injektion in Formationen in 0,5–3 km Tiefe (flach) und in 4–6 km Tiefe (tief), wobei Hydrofracking in dazwischen liegenden Tiefen stattfindet. In diesem Szenario sind genaue Erdbebentiefen ein Schlüssel zum Verständnis der Auslösung.
Mithilfe einer Methode namens Hypocentroidal Decomposition berechnete Aziz Zanjani genauere Standorte für die Erdbeben vor 2017, indem er ältere Daten mit den qualitativ hochwertigsten, neueren TexNet-Daten verknüpfte. Die neuen Standorte zeigen eine räumliche und zeitliche Korrelation mit flachen Injektionsaktivitäten seit 2009.
„Es ist wichtig, eine gut dokumentierte räumliche und zeitliche Geschichte sowohl der Seismizität als auch der Industrieaktivitäten im Permian Basin zu haben, um zu verstehen, welche Änderungen seismische Aktivitäten ausgelöst haben“, sagte DeShon.
„Wenn wir unser Wissen über die Physik von vom Menschen verursachten Erdbeben erweitern, können Regulierungsbehörden und Industrie bessere Strategien zur Reduzierung des Erdbebenrisikos entwickeln.“
Mehr Informationen:
Asiye Aziz Zanjani et al., Einblicke in die zeitliche Entwicklung induzierter Erdbeben im südlichen Delaware-Becken unter Verwendung kalibrierter Verlagerungen aus dem TXAR-Katalog (2009–2016), Die seismische Aufzeichnung (2024). DOI: 10.1785/0320240011