Verborgene Mikroerdbeben beleuchten große Erdbebenverwerfungen in Oklahoma und Kansas

Mithilfe von maschinellem Lernen, um seismische Daten aus einem Jahrzehnt zu sichten, haben Forscher Hunderttausende von Mikroerdbeben entlang einiger zuvor unbekannter Verwerfungsstrukturen in Oklahoma und Kansas identifiziert.

Die neu identifizierten Mikroerdbeben ermöglichten es den Seismologen, Erdbebencluster in der Region zu kartieren und zu messen, die aufgrund der unkonventionellen Öl- und Gasförderung ein ungewöhnlich hohes Maß an Seismizität erfahren hat.

Wie sie sich melden Die seismische Aufzeichnungstellten die Forscher fest, dass 80 % der Erdbeben der Stärke 4 und größer, die in den letzten zehn Jahren aufgetreten sind, aufgrund der räumlichen Ausdehnung der seismischen Cluster, die das große Erdbeben vor seinem Auftreten umfassten, vorhersehbar gewesen wären.

Sie fanden auch heraus, dass, sobald ein Cluster eine Längenskala erreicht hat, die groß genug ist, um ein Erdbeben der Stärke 4 oder größer zu beherbergen, die Wahrscheinlichkeit, dass dies innerhalb eines Jahres nach Erreichen dieser Längenskala geschehen würde, mit einer Wahrscheinlichkeit von fast 5 % bestand, so Yongsoo Park, ein Ph .D. Student an der Stanford University und Kollegen.

Die Cluster-Informationen könnten von Unternehmen und Aufsichtsbehörden verwendet werden, um Öl- und Gasoperationen in Zukunft zu überwachen, schlagen Park und Kollegen vor.

Angesichts der geringen natürlichen Seismizität und der unvollständigen Kartierung von Verwerfungen in Oklahoma und Kansas vor der unkonventionellen Kohlenwasserstoffentwicklung haben Forscher nach neuen Wegen gesucht, um die seismische Gefahr der Region zu verstehen.

Park und Kollegen hatten in einer früheren Studie eine Technik des maschinellen Lernens verwendet, um fast 90.000 unbekannte Mikroerdbeben in Arkansas zu finden. „Wir waren von dem Ergebnis beeindruckt, vor allem weil der Katalog bisher unbekannte Cluster offenbarte“, sagte Park. „Wir wussten, dass die meisten Erdbeben in der Region Oklahoma-Kansas auf verborgenen Verwerfungen im Keller auftraten, also wollten wir den Arbeitsablauf anwenden, um diese Verwerfungen aufzudecken.“

Die Forscher analysierten seismische Daten, die von 2010 bis 2019 aus 17 öffentlich zugänglichen seismischen Netzwerken in Oklahoma und Kansas gesammelt wurden, erneut. Unter Verwendung eines neuronalen Netzwerks zur Erkennung von Erdbeben und ihrer P- und S-Wellen-Ankunftszeiten fanden sie über 300.000 Erdbeben in den Daten.

Bei der Kartierung „verbanden“ die zusätzlichen Mikroerdbeben die Punkte zwischen vereinzelten Erdbeben und den kleinen Clustern, die von den 60 in die Studie einbezogenen Erdbeben der Stärke 4 oder größer gebildet wurden. Die neu entdeckten Mikroerdbeben beleuchteten das überraschende Vorhandensein vieler bisher unbekannter Verwerfungen, sagte Park.

„Der überraschendere Teil war jedoch, dass viele der Cluster, die in früheren Studien für getrennt gehalten wurden, tatsächlich durch Mikroerdbeben verbunden waren. Mit anderen Worten, kleine Erdbeben zu finden, ist wahrscheinlich keine Option mehr, sondern eine Notwendigkeit, wenn wir es sind versucht, Clusteranalysen von Erdbebendaten durchzuführen“, sagte er.

Park sagte, dass die Regulierungsbehörden das übliche „Ampel“-Protokoll – das Öl- und Gasbetreiber verwenden, um ihre Aktivitäten zu überwachen und zu stoppen oder zu verlangsamen, um die seismische Gefahr zu mindern – anpassen könnten, um die Längenskala eines Erdbebenclusters einzubeziehen.

Das ursprüngliche Ampelprotokoll wird von beobachteten Erdbebenstärken geleitet und durch das Ereignis mit der größten Magnitude gesteuert. Die Schätzung der Erdbebenstärke aus der Längenskala könnte diesen Prozess proaktiv machen und sowohl von großen als auch von kleinen Erdbeben kontrolliert werden, stellen die Forscher fest.

„Aber da es sich bei den Größenordnungen nur um Schätzungen handelt, sollten die erforderlichen Maßnahmen wahrscheinlich anders sein“, erklärte Park. Wenn beispielsweise eine Längenskala des Clusters Anlass zur Sorge gibt, „könnten die Regulierungsbehörden die Betreiber auffordern, mehr Seismometer um den betreffenden Cluster herum einzusetzen, um die verborgene Verwerfung besser zu kartieren“.