Mit einer Methode, die von einer Reihe beobachteter Erdbeben rückwärts arbeitet, um seismische Modelle zu testen, die zu diesen Beobachtungen passen, konnten Forscher im Delaware-Becken feststellen, ob Erdbeben in der Region seit 2017 durch Öl- und Gasförderung verursacht wurden.
Die neue Studie veröffentlicht in Seismologische Forschungsbriefe gibt auch an, ob die seismische Aktivität in einem bestimmten Teil oder „Block“ des Beckens, das sich durch West-Texas und New Mexico erstreckt, durch hydraulische Frakturierung oder flache oder tiefe Abwasserentsorgung verursacht wurde.
Iason Grigoratos von der ETH Zürich, dem Schweizerischen Erdbebendienst und Kollegen von der University of Texas at Austin berechneten, wie wahrscheinlich einer oder beide dieser Prozesse seismische Aktivitäten in jedem Block verursachten, und stellten fest, dass mindestens 68 % der Erdbeben im Delaware-Becken in ihrer Studie auftraten Blöcke, in denen Öl- und Gasaktivitäten die wahrscheinliche Ursache bei einem Konfidenzintervall von 95 Prozent waren. Grigoratos führte die Studie durch, als er Postdoktorand an der Jackson School of Geosciences der UT war.
Das SRL Die Studie ergab, dass Hydraulic Fracturing mit mehr seismischen Ereignissen zusammenhängt als bisher angenommen, insbesondere im texanischen Reeves County. Eine flache (etwa ein bis zwei Kilometer unter der Erdoberfläche) Abwasserentsorgung ist jedoch insgesamt mit mehr Erdbeben verbunden, schlussfolgern Grigoratos und seine Kollegen.
Die Seismizität rund um die Stadt Pecos scheint sowohl durch hydraulische Frakturierung als auch durch die Abwasserentsorgung beeinflusst zu werden, fanden die Forscher heraus. Im texanischen Culberson County und um das Epizentrum des Erdbebens der Stärke 5,0 im Jahr 2020 in Mentone, Texas, scheint der Auslösemechanismus die Abwasserentsorgung aus Tiefbrunnen zu sein.
In der Vergangenheit hat das Delaware-Becken eine sehr geringe Seismizität erlebt, mit nur drei Ereignissen über der Stärke 4,8 in den letzten 100 Jahren. Aber die Seismizitätsraten sind in dem Gebiet seit 2009 allmählich gestiegen und haben sich nach 2013 weiter beschleunigt. Diese Veränderungen sind seit 2013 mit einem Anstieg des Injektionsvolumens sowohl in hydraulischen Fracking- als auch in Abwasserentsorgungsbohrungen in dem Gebiet korreliert.
In ihrer Veröffentlichung „hinterhersagen“ Grigoratos und Kollegen die Raten von Erdbeben der Stärke 1,5 und größer, die nach 2017 im Delaware-Becken auftraten, wobei sie Daten zum hydraulischen Brechen oder zur Abwasserentsorgung in der Region als Eingabe für ihr Vorhersagemodell verwendeten. Sie verglichen diese Raten mit denen, die unter normalen tektonischen Bedingungen in der Region erwartet werden.
Die Hindcasting-Methode funktioniert gut, um die potenziellen Ursachen von Seismizität in Gebieten zu entwirren, in denen es mehrere Arten von sich überschneidenden Öl- und Gasoperationen gibt, sagte Grigoratos.
Die Betrachtung von Änderungen im Bohrlochbetrieb über ein bestimmtes Zeit- und Raumintervall kann nützlich sein, um „isolierte Seismizitätsausbrüche in Gebieten mit geringer Bohrlochdichte zu untersuchen, wie bei durch hydraulische Frakturierung verursachten Erdbeben in Gebieten mit sich nicht überschneidenden Öl- und Gasvorkommen“, sagte er angemerkt, aber „sie sind nicht gut geeignet, um die Abwasserentsorgung zu bewältigen, die oft mehrjährige Verzögerungen bis zum Einsetzen entfernter und allmählicher Seismizität aufweist.“
Die Hindcasting-Seismizitätsraten im Laufe der Zeit innerhalb bestimmter räumlicher Blöcke können Änderungen der Injektionsraten sowie die Art und Weise berücksichtigen, wie Porendruckänderungen, die durch die Injektion verursacht werden, sich über Zeit und Raum durch unterirdische Formationen ausbreiten, fügte er hinzu.
An Orten, an denen sowohl hydraulische Frakturierung als auch Abwasserentsorgung stattfanden, identifiziere die Methode nicht, welche für die Verursachung von Erdbeben wichtiger sein könnte, sagte Grigoratos. „Die Seismizität in Gebieten, die sowohl von Hydraulic Fracturing als auch von der Abwasserentsorgung betroffen sind, liegt in den ‚flachen‘ Sedimentschichten und hat seit 2017 keine Größenordnungen über 3,8 erreicht“, erklärte er. „Solange die Erdbebenbrüche nicht größer werden und nicht sehr nahe an exponierte Vermögenswerte von kritischer Bedeutung oder hoher Verwundbarkeit wandern, erscheinen daher Einschränkungen durch die Aufsichtsbehörde nicht sehr wahrscheinlich.“
Die Blockkarte der Region könnte Öl- und Gasbetreibern und Regulierungsbehörden dabei helfen, Orte zu identifizieren, an denen zukünftige Erdbebenminderungs- oder Überwachungsmaßnahmen ergriffen werden sollten, stellten die Forscher fest.
Iason Grigoratos et al, Unterscheidung der kausalen Faktoren der induzierten Seismizität im Delaware-Becken: hydraulische Frakturierung oder Abwasserentsorgung?, Seismologische Forschungsbriefe (2022). DOI: 10.1785/0220210320