Адам қызметінен туындаған жер сілкініштері

Кіріспе

Адамның қызметінен туындаған шағын жер сілкіністері мен дірілдеулер

Индукцияланған сейсмикалық белсенділік – адамның қызметінен туындаған, Жер қыртысындағы кернеу мен деформацияны өзгертетін жер сілкіністері мен дірілдеулер. Көбінесе индукцияланған сейсмикалық белсенділік төмен магнитудалы болады. Бірақ кейбір аймақтарда үлкен жер сілкіністері жиі тіркеледі, мысалы, Калифорниядағы «The Geysers» геотермалдық стансасында 2004-2009 жылдары жылына орташа есеппен екі 4 магнитудалы және 15 3 магнитудалы оқиға тіркелді. «Адамның тудырған жер сілкіністерінің дерекқоры» (HiQuake) ғылыми негізде расталған индукцияланған сейсмикалық белсенділіктің барлық жағдайларын тіркеп, осы сала бойынша ең толық жинақ болып табылады. 2015 жылы АҚШ Геологиялық қызметі (USGS) жариялаған зерттеу нәтижелеріне сәйкес, Оклахома штатындағы 1952 жылғы 5.7 магнитудалы Эль-Рено жер сілкінісі сияқты маңызды жер сілкіністерінің көпшілігі мұнай өнеркәсібінің қалдық суларды тереңге инъекциялауынан туындаған болуы мүмкін. Мұнай мен газ өндіруші штаттарда, мысалы Оклахомада, сейсмикалық оқиғалардың көбеюіне өндіріс процесінде пайда болатын қалдық судың көлемін арттыру себеп болады. «АҚШ-тың орталық және шығыс бөлігінде (CEUS) жер сілкіністерінің жиілігі соңғы жылдары, әсіресе 2010 жылдан бері айтарлықтай өсті, және ғылыми зерттеулер осы белсенділіктің көп бөлігін терең кәдеге берілген қалдық суларды инъекциялаумен байланыстырды». Индукцияланған сейсмикалық белсенділік көміртегі диоксидін инъекциялау арқылы да туындауы мүмкін, бұл көміртегі диоксидін ұстап, жер қыртысында сақтаудың көміртегін жинау және сақтау процесінің бір бөлігі болып табылады, мақсаты – климаттың өзгеруімен күресу. Бұл құбылыс Оклахома және Саскачеван штаттарында байқалды. Көмірқышқыл газын инъекциялауға байланысты индукцияланған сейсмикалық белсенділік қаупін азайту үшін қауіпсіз тәжірибелер мен қолданыстағы технологияларды пайдалануға болады, бірақ сақтау көлемі үлкен болған жағдайда қауіп әлі де маңызды. Индукцияланған сейсмикалық белсенділіктің салдары Жер қыртысындағы бұрыннан бар жарықтарды белсендіруге және сақтау орындарының герметикалық жабылуын бұзуға әкелуі мүмкін. Индукцияланған сейсмикалық белсенділіктен туындаған сейсмикалық қауіптілікті бағау үшін табиғи сейсмикалық белсенділікке ұқсас әдістерді қолдануға болады, бірақ стационарлық емес сейсмикалық белсенділікті ескеру қажет. Индукцияланған жер сілкінісінен туындаған жер сілкінісінің күші табиғи тектоникалық жер сілкінісіне ұқсас болуы мүмкін, немесе жақын қашықтықта күштірек болуы мүмкін. Бұл табиғи жер сілкіністерінің тіркелген деректерінен алынған жер қозғалысы модельдерін, олар индукцияланған жер сілкіністерінің деректеріне қарағанда күшті қозғалыс деректер базаларында көбірек кездеседі, аздаған түзетулермен пайдалануға мүмкіндік береді. Содан кейін, сейсмикалық қауіптілікті және әсерге ұшыраған элементтердің (мысалы, жергілікті халық және ғимараттар) осалдығын ескере отырып, тәуекелді бағалау жүргізілуі мүмкін. Соңында, тәуекелді азайтуға болады, қауіпті азайту арқылы немесе әсерге ұшырау немесе осалдықты азайту арқылы.

Induced seismicity is typically earthquakes and tremors that are caused by human activity that alters the stresses and strains on Earth's crust. Most induced seismicity is of a low magnitude. A few sites regularly have larger quakes, such as The Geysers geothermal plant in California which averaged two M4 events and 15 M3 events every year from 2004 to 2009. The Human Induced Earthquake Database (HiQuake) documents all reported cases of induced seismicity proposed on scientific grounds and is the most complete compilation of its kind. Results of ongoing multi year research on induced earthquakes by the United States Geological Survey (USGS) published in 2015 suggested that most of the significant earthquakes in Oklahoma, such as the 1952 magnitude 5.7 El Reno earthquake may have been induced by deep injection of wastewater by the oil industry. A huge number of seismic events in oil and gas extraction states like Oklahoma is caused by increasing the volume of wastewater injection that is generated as part of the extraction process. "Earthquake rates have recently increased markedly in multiple areas of the Central and Eastern United States (CEUS), especially since 2010, and scientific studies have linked the majority of this increased activity to wastewater injection in deep disposal wells." Induced seismicity can also be caused by the injection of carbon dioxide as the storage step of carbon capture and storage, which aims to sequester carbon dioxide captured from fossil fuel production or other sources in Earth's crust as a means of climate change mitigation. This effect has been observed in Oklahoma and Saskatchewan. Though safe practices and existing technologies can be utilized to reduce the risk of induced seismicity due to injection of carbon dioxide, the risk is still significant if the storage is large in scale. The consequences of the induced seismicity could disrupt pre existing faults in the Earth's crust as well as compromise the seal integrity of the storage locations. The seismic hazard from induced seismicity can be assessed using similar techniques as for natural seismicity, although accounting for non stationary seismicity. It appears that earthquake shaking from induced earthquakes may be similar to that observed in natural tectonic earthquakes, or may have higher shaking at shorter distances. This means that ground motion models derived from recordings of natural earthquakes, which are often more numerous in strong motion databases than data from induced earthquakes, may be used with minor adjustments. Subsequently, a risk assessment can be performed, taking into account the increased seismic hazard and the vulnerability of the exposed elements at risk (e. g. local population and the building stock). Finally, the risk can, theoretically at least, be mitigated, either through reductions to the hazard or a reduction to the exposure or the vulnerability.

Себептер

Сейсмикалық белсенділіктің туындауының көптеген жолдары бар. 2010 жылдары жер қабатына сұйықтық енгізу немесе одан алу сияқты, мұнай және газ өндірісі мен геотермалдық энергияны дамыту секілді кейбір энергия технологиялары сейсмикалық оқиғаларды тудырғаны анықталды немесе күдік тудырды. Кейбір энергия технологиялары сонымен қатар жер астына терең инъекциялау арқылы жою немесе сақтау жолымен басқарылатын қалдықтарды да шығарады. Мысалы, мұнай және газ өндірісінен шыққан және түрлі өнеркәсіптік процестерден алынған көмірқышқыл газы мен қалдық суды жер астына инъекциялау арқылы басқаруға болады.

Жасанды көлдер

Үлкен және терең жасанды көлдегі су бағанасы, бар ақау немесе жарық бойымен ин-ситу кернеуін өзгертеді. Мұндай резервуарларда су бағанының салмағы, тікелей жүктеу арқылы жалпы кернеуді арттыру немесе көбейтілген кеуекті су қысымы арқылы тиімді кернеуді азайту арқылы, жатқан ақаудың немесе жарықтың кернеуін айтарлықтай өзгерте алады. Бұл маңызды өзгеріс, ақау немесе жарық бойымен кенеттен қозғалысқа алып келіп, жер сілкінісін тудыруы мүмкін. Резервуарлардың салдарынан болатын сейсмикалық оқиғалар, басқа түрлерге қарағанда салыстырмалы түрде ірі болуы мүмкін. Резервуарлардың әсерінен туындаған сейсмикалық белсенділікті түсіну өте шектеулі болғанымен, сейсмикалық белсенділік 101 метрден биік бөгеттерде байқалады. Ірі су қоймаларының тудырған қосымша су қысымы – сейсмикалық белсенділіктің ең қабылданған түсіндірмесі. Резервуарлар толтырылғанда немесе босатылғанда, туындаған сейсмикалық оқиға дереу немесе аз уақыттан кейін болуы мүмкін. Резервуарлардың әсерінен туындаған сейсмикалық құбылыстың алғашқы жағдайы 1932 жылы Алжирдегі Уэд Фодда бөгетінде тіркелді. 1967 жылы Махараштрада 6.3 балдық жер сілкінісі болды, оның эпицентрі, алғы және кейінгі тербелістері Койна бөгетінің су қоймасына жақын немесе астында орналасқан. 180 адам қаза тауып, 1500 адам жарақат алды. Жер сілкінісінің әсері Бомбей қаласында 225 шақырым қашықтықта сезілді, соның салдарынан жер сілкінді және электр қуаты үзілді. Италиядағы Важонт бөгетінің салынысы барысында, оның алғашқы толтырылу кезінде сейсмикалық тербелістер тіркелді. 1963 жылы су қоймасының толуынан және су тасқынынан шамамен 2000 адам қаза болғаннан кейін, бөгет босатылып, сейсмикалық белсенділік дерлік тоқтады. 1975 жылдың 1 тамызында Калифорния штатының Оровиль қаласында болған 6.1 балдық жер сілкінісі, жақында салынған және толтырылған үлкен топырақ бөгеті мен су қоймасының сейсмикалық әсерінен туды. Мысал ретінде Лесотодағы Кацсе бөгетін және Тәжікстандағы Нурек бөгетін толтыруды келтіруге болады. Замбиядағы Кариба көлі де ұқсас әсерлер тудырған болуы мүмкін. 2008 жылғы Сычуань жер сілкінісі, шамамен 68000 адамның өліміне себеп болды, бұл тағы бір мүмкін мысал. "Science" журналында жарияланған мақалада, Зипингпу бөгетінің салынысы мен суға толуы жер сілкінісін тудырған болуы мүмкін деп болжанады. Кейбір сарапшылар Қытайдағы Үш шатқалы бөгеті жер сілкіністерінің жиілігі мен қарқындылығын арттыруы мүмкін деп алаңдайды.

The column of water in a large and deep artificial lake alters in situ stress along an existing fault or fracture. In these reservoirs, the weight of the water column can significantly change the stress on an underlying fault or fracture by increasing the total stress through direct loading, or decreasing the effective stress through the increased pore water pressure. This significant change in stress can lead to sudden movement along the fault or fracture, resulting in an earthquake. Reservoir induced seismic events can be relatively large compared to other forms of induced seismicity. Though understanding of reservoir induced seismic activity is very limited, it has been noted that seismicity appears to occur on dams with heights larger than 330 feet (101 m). The extra water pressure created by large reservoirs is the most accepted explanation for the seismic activity. When the reservoirs are filled or drained, induced seismicity can occur immediately or with a small time lag. The first case of reservoir induced seismicity occurred in 1932 in Algeria's Oued Fodda Dam. The 6.3 magnitude 1967 Koynanagar earthquake occurred in Maharashtra, India with its epicenter, fore and aftershocks all located near or under the Koyna Dam reservoir. 180 people died and 1,500 were left injured. The effects of the earthquake were felt 140 mile (225 km) away in Bombay with tremors and power outages. During the beginnings of the Vajont Dam in Italy, there were seismic shocks recorded during its initial fill. After a landslide almost filled the reservoir in 1963, causing a massive flooding and around 2,000 deaths, it was drained and consequently seismic activity was almost non existent. On August 1, 1975, a magnitude 6.1 earthquake at Oroville, California, was attributed to seismicity from a large earth fill dam and reservoir recently constructed and filled. The filling of the Katse Dam in Lesotho, and the Nurek Dam in Tajikistan is an example. In Zambia, Kariba Lake may have provoked similar effects. The 2008 Sichuan earthquake, which caused approximately 68,000 deaths, is another possible example. An article in Science suggested that the construction and filling of the Zipingpu Dam may have triggered the earthquake. Some experts worry that the Three Gorges Dam in China may cause an increase in the frequency and intensity of earthquakes.

Қалдықтарды жинауға арналған ұңғымалар

Сұйықтықты қалдықтарды жою ұңғымаларына құю, ең көп кездесетіні – мұнай және табиғи газ ұңғымаларынан алынған өндірістік суды жою, жер сілкінісін тудыруы белгілі. Бұл жоғары тұздылықтағы су көбінесе тұзды суды жою (SWD) ұңғымаларына сорылады. Нәтижесінде жер астындағы кеуекті қысымның артуы жарылымдар бойымен қозғалысты тудырып, жер сілкінісіне әкелуі мүмкін. Алғашқы белгілі мысалдардың бірі Денвердің солтүстік-шығысындағы Роки-Маунтин Арсеналынан табылды. 1961 жылы қалдық сулар терең қабаттарға құйылды, кейіннен бұл оқиға жер сілкіністерінің тізбегін тудырғаны анықталды. 2011 жылы Оклахома штатындағы Прага маңында болған 5.8 магнитудалы жер сілкінісі, 20 жыл бойы суды кеуекті терең формацияларға, қысым мен қанығу деңгейін арттыра құюдан кейін орын алды. 2016 жылдың 3 қыркүйегінде Оклахома штатының Пауни қаласының жанында 5.8 магнитудалы одан да күшті жер сілкінісі болды, содан кейін 3,5 сағат ішінде 2.6 мен 3.6 магнитуда аралығында тоғыз серпіліс тіркелді. Дүмпулер Мемфис, Теннесси және Гилберт, Аризона қалаларында сезілді. Оклахома губернаторы Мэри Фэллин жергілікті төтенше жағдай жариялады, ал Оклахома Корпорация Комиссиясы жергілікті құдықтарды жабуға бұйрық берді. АҚШ Геологиялық қызметінің (USGS) 2015 жылы жарияланған, шақырылған жер сілкіністері бойынша көп жылдық зерттеулерінің нәтижелері Оклахомадағы маңызды жер сілкіністерінің көпшілігі, мысалы, 1952 жылғы 5.5 магнитудалы Эль-Рено жер сілкінісі, мұнай өнеркәсібінің қалдық суды терең құюынан туындаған болуы мүмкін екенін көрсетті. Дегенмен, 2015 жылдың сәуіріне дейін Оклахома геологиялық қызметінің позициясы жер сілкінісінің табиғи себептерден туындағаны және қалдық су құюдан туындамағаны болды. Бұл Оклахома аймағына әсер еткен көптеген жер сілкіністерінің бірі болды. 2009 жылдан бері Оклахома штатында жер сілкінісі жүздеген есе жиілеп, 3 магнитудалы оқиғалардың саны жылына 1-2-ден күніне 1-2-ге дейін өсті. 2015 жылдың 21 сәуірінде Оклахома геологиялық қызметі Оклахомадағы шақырылған жер сілкіністері бойынша өз позициясын өзгертетін мәлімдеме жасады: «Оклахома геологиялық қызметі соңғы жер сілкіністерінің көпшілігі, әсіресе Оклахома штатының орталық және солтүстік-орталық бөліктеріндегі жер сілкіністері, жою ұңғымаларына өндірістік су құйылуынан туындаған болуы мүмкін деп санайды».

Injecting liquids into waste disposal wells, most commonly in disposing of produced water from oil and natural gas wells, has been known to cause earthquakes. This high saline water is usually pumped into salt water disposal (SWD) wells. The resulting increase in subsurface pore pressure can trigger movement along faults, resulting in earthquakes. One of the first known examples was from the Rocky Mountain Arsenal, northeast of Denver. In 1961, waste water was injected into deep strata, and this was later found to have caused a series of earthquakes. The 2011 Oklahoma earthquake near Prague, of magnitude 5.8, occurred after 20 years of injecting waste water into porous deep formations at increasing pressures and saturation. On September 3, 2016, an even stronger earthquake with a magnitude of 5.8 occurred near Pawnee, Oklahoma, followed by nine aftershocks between magnitudes 2.6 and 3.6 within 3 1/2 hours. Tremors were felt as far away as Memphis, Tennessee, and Gilbert, Arizona. Mary Fallin, the Oklahoma governor, declared a local emergency and shutdown orders for local disposal wells were ordered by the Oklahoma Corporation Commission. Results of ongoing multi year research on induced earthquakes by the United States Geological Survey (USGS) published in 2015 suggested that most of the significant earthquakes in Oklahoma, such as the 1952 magnitude 5.5 El Reno earthquake may have been induced by deep injection of waste water by the oil industry. Prior to April 2015 however, the Oklahoma Geological Survey's position was that the quake was most likely due to natural causes and was not triggered by waste injection. This was one of many earthquakes which have affected the Oklahoma region. Since 2009, earthquakes have become hundreds of times more common in Oklahoma with magnitude 3 events increasing from 1 or 2 per year to 1 or 2 per day. On April 21, 2015, the Oklahoma Geological Survey released a statement reversing its stance on induced earthquakes in Oklahoma: "The OGS considers it very likely that the majority of recent earthquakes, particularly those in central and north central Oklahoma, are triggered by the injection of produced water in disposal wells."

Көмірсутектерді өндіру және сақтау

Көлемді мөлшердегі қазба отынды өндіру жер сілкінісін тудыруы мүмкін. Индукцияланған сейсмикалық белсенділік жер асты газ сақтау операцияларымен де байланысты болуы мүмкін. 2013 жылдың қыркүйек-қазан айларында Валенсия шығанағының (Испания) жағалауынан 21 км қашықтықта болған сейсмикалық тізбек, жер асты газ сақтау операцияларына (Кастор жобасы) байланысты туындаған индукцияланған сейсмикалық белсенділіктің ең жақсы белгілі мысалы болып табылады. 2013 жылдың қыркүйегінде инъекциялық операциялар басталғаннан кейін, Испанияның сейсмикалық желісі сейсмикалық белсенділіктің күрт өскенін тіркеді. 40 күн ішінде 0,7-ден 4,3 дейінгі магнитудасы бар 1000-нан астам оқиға тіркелді (газ сақтау операцияларымен байланысты ең ірі жер сілкінісі) және олар инъекциялық платформаға жақын жерде болды. Халықтың үлкен алаңдаушылығына байланысты Испания үкіметі операцияларды тоқтатты. 2014 жылдың соңына дейін Испания үкіметі UGS зауытының концессиясын мәңгілік тоқтатты. 2015 жылдың қаңтарынан бастап Кастор жобасының мәмілесіне және мақұлдауына қатысқан 20-ға жуық адам айыпталуда.

Жер асты суларын алу

Жер асты суларының ірі көлемде алынуы жер қыртысының кернеулік жағдайына өзгерістер енгізіп, жер сілкінісін тудыруы мүмкін, мысалы 2011 жылғы Лорка жер сілкінісі сияқты.

Геотермиялық энергия

Кеңейтілген геотермалды жүйелер (EGS) – табиғи конвективті гидротермалды ресурстарды қажет етпейтін геотермалдық энергия технологиясының жаңа түрі, және олардың индуцияланған сейсмикалық белсенділікпен байланысты екені белгілі. EGS гидравликалық жарылыс әдістерін қолдану арқылы өткізгіштікті арттыру немесе жаңа өткізгіштік құру үшін сұйықтықты қысыммен соруды қамтиды. Ыстық құрғақ тау жыныстары (HDR) EGS гидравликалық стимуляция арқылы геотермалдық ресурстарды белсенді түрде жасайды. Тау жыныстарының қасиеттеріне, сондай-ақ инъекциялық қысым мен сұйықтық көлеміне байланысты, резервуардағы тау жынысы мұнай және газ өнеркәсібінде жиі кездесетін созылудан жарылумен немесе тау жынысының қалыптасқан жарықшаларының серпілуімен жауап бере алады, бұл EGS жұмыстарында резервуардың өсуінің басты механизмі деп саналады. HDR және EGS жүйелері қазіргі уақытта Соулц-су-Форе (Франция), Desert Peak және Гейзерлер (АҚШ), Ландау (Германия), Паралана және Купер алабы (Австралия) елдерінде дамытылуда және сынақтан өтуде. Калифорниядағы Гейзерлер геотермалдық алаңындағы индуцияланған сейсмикалық оқиғалар инъекциялық деректермен тығыз байланысты. Базельдегі (Швейцария) сынақ алаңы индуцияланған сейсмикалық оқиғаларға байланысты жабылды. 2017 жылдың қарашасында 5,5 магнитудалы жер сілкінісі Поханг қаласын (Оңтүстік Корея) шалып, бірнеше адамды жарақаттады және ауқымды зақым келтірді. Сейсмикалық оқиғалардың EGS алаңына жақын орналасуы, онда жер сілкінісінен бірнеше ай бұрын стимуляциялық операциялар жүргізілген, бұл жер сілкінісінің антропогендік болуы мүмкін деген пікірді тудырды. Екі түрлі зерттеуге сәйкес, Поханг жер сілкінісін EGS операцияларының тудырғаны мүмкін. + EGS алаңдарындағы ең ірі оқиғалар (Дүниежүзі бойынша) Алаңның максималды магнитудасы Поханг, Оңтүстік Корея 5.5 Гейзерлер, АҚШ 4.6 Купер алабы, Австралия 3.7 Базель, Швейцария 3.4 Розманоуес карьері, Ұлыбритания 3.1 Соулц-су-Форе, Франция 2.9 MIT зерттеушілері гидравликалық стимуляциямен байланысты сейсмикалық белсенділікті болжау арқылы және басқа да техникалар қолдану арқылы азайтуға және бақылауға болатынына сенімді. Тиісті басқару шараларын қолдану арқылы индуцияланған сейсмикалық оқиғалардың саны мен күші азайтылып, зиянды сейсмикалық оқиғаның болу ықтималдығы айтарлықтай төмендетілуі мүмкін. Базельдегі индуцияланған сейсмикалық белсенділік олардың HDR жобасын тоқтатуға әкелді. Содан кейін сейсмикалық қауіпті бағалау жүргізілді, нәтижесінде 2009 жылдың желтоқсанында жоба тоқтатылды.

Enhanced geothermal systems (EGS), a new type of geothermal power technology that does not require natural convective hydrothermal resources, are known to be associated with induced seismicity. EGS involves pumping fluids at pressure to enhance or create permeability through the use of hydraulic fracturing techniques. Hot dry rock (HDR) EGS actively creates geothermal resources through hydraulic stimulation. Depending on the rock properties, and on injection pressures and fluid volume, the reservoir rock may respond with tensile failure, as is common in the oil and gas industry, or with shear failure of the rock's existing joint set, as is thought to be the main mechanism of reservoir growth in EGS efforts. HDR and EGS systems are currently being developed and tested in Soultz sous Forêts (France), Desert Peak and the Geysers (U. S.), Landau (Germany), and Paralana and Cooper Basin (Australia). Induced seismicity events at the Geysers geothermal field in California has been strongly correlated with injection data. The test site at Basel, Switzerland, has been shut down due to induced seismic events. In November 2017 a Mw 5.5 struck the city of Pohang (South Korea) injuring several people and causing extensive damage. The proximity of the seismic sequence to an EGS site, where stimulation operations had taken place only a few months before the earthquake, raised the possibility that this earthquake had been anthropogenic. According to two different studies it seems plausible that the Pohang earthquake was induced by EGS operations. + Largest Events at EGS Sites Worldwide Site Maximum MagnitudePohang, South Korea5.5 The Geysers, United States 4.6 Cooper Basin, Australia 3.7 Basel, Switzerland 3.4 Rosemanowes Quarry, United Kingdom 3.1 Soultz sous Forêts, France 2.9

Researchers at MIT believe that seismicity associated with hydraulic stimulation can be mitigated and controlled through predictive siting and other techniques. With appropriate management, the number and magnitude of induced seismic events can be decreased, significantly reducing the probability of a damaging seismic event. Induced seismicity in Basel led to suspension of its HDR project. A seismic hazard evaluation was then conducted, which resulted in the cancellation of the project in December 2009.

Гидравликалық сынықтар

Гидравликалық сыну – жоғары қысымды сұйықтықтың төмен өткізгіштігі бар қабаттардың тау жыныстарына енгізіліп, оларды жарып, көмірсутек өндірісін арттыруға бағытталған техника. Бұл процеске байланысты болатын сейсмикалық оқиғалар көбінесе жер бетінде сезілмейтіндей шағын болады (моменттік шамасы -3-тен 1-ге дейін), алайда, одан да үлкен шамадағы оқиғалардың болуына мүмкіндік бар. Мысалы, Канаданың Альберта және Британдық Колумбия аймақтарындағы дәстүрлі емес ресурстарда 4-тен жоғары моменттік шамасы бар бірнеше оқиға тіркелген.

Тәуекелдерді талдау

Қалдық сұйықтықтарды ұзақ мерзімді геологиялық сақтау технологияларын пайдалану жақын аудандарда сейсмикалық белсенділікті тудыратыны көрсетілді, тіпті Огайо штатының Йонгстаун қаласындағы фрекинг ағынды суларын инъекциялауда сейсмикалық тыныштық кезеңдерінің инъекция көлемдері мен қысымының ең төменгі деңгейлерімен байланысы дәлелденген. Көмірмен жұмыс істейтін электр станциялары және осыған ұқсас бастамаларда көмірқышқыл газын сақтаудың мүмкіндігі үшін, жоспарланған КҚС жобаларының инъекция жылдамдығы және жалпы инъекция көлемі бойынша ауқымы, сейсмикалық белсенділікті тудырған барлық қолданыстағы немесе бұрынғы операциялардан әлдеқайда артық. Сондықтан, болашақ инъекциялық алаңдарды кең ауқымда модельдеу қажет, КҚС операцияларының қауіп потенциалын бағалау үшін, әсіресе ұзақ мерзімді көмірқышқыл газын сақтаудың тақтатас қабаттарының тұтастығына тигізетін әсеріне қатысты, себебі орташа күштіліктегі жер сілкінісі кезінде сұйықтықтың жер бетіне шығу қаупі жоғары болуы мүмкін.

Бақылау

Көмірқышқыл газының геологиялық тұтқындалуы сейсмикалық белсенділікті тудыруы мүмкін болғандықтан, зерттеушілер осы құбылысқа байланысты тәуекелдерді тиімді басқару үшін инъекциялық сейсмикалық белсенділікті бақылау және модельдеу әдістерін жасады. Бақылау жер қозғалысын өлшейтін геофон сияқты құралдармен жүргізіледі. Әдетте, инъекция участағысының айналасында құралдар желісі пайдаланылады, бірақ қазіргі көмірқышқыл газы инъекцияланатын көптеген участаларда бақылау құрылғылары жоқ. Модельдеу – индуцияланған сейсмикалық әлеуетті бағалаудың маңызды әдісі, және екі негізгі модель қолданылады: физикалық және сандық. Физикалық модель жобаның бастапқы кезеңдерінде алынған өлшемдерді пайдаланып, көмірқышқыл газы мөлшері артқанда жобаның қалай өзгеретінін болжайды. Ал сандық модель, керісінше, резервуарда болып жатқан физикалық процестерді симуляциялау үшін сандық әдістерді қолданады. Модельдеу мен бақылаудың екеуі де инъекциялық сейсмикалық белсенділікке байланысты тәуекелдерді анықтау, жақсырақ түсіну және азайту үшін пайдалы құралдар болып табылады. Көбінесе, бұзылулар қолданыстағы жарықтарда бірнеше механизмдердің әсерінен пайда болады: қиылыс кернеуінің күшеюі, қалыпты кернеудің төмендеуі немесе тесік қысымының артуы. Белгілі бір шегіне жеткенде, қиылыс бойынша бұзылу орын алып, жер сілкінісі сезіледі. Бұл процесті Мор шеңбері арқылы графикалық түрде көрсетуге болады. Қазірге дейін көміртек инъекциясымен байланысты ірі сейсмикалық оқиғалар тіркелген жоқ, ал басқа инъекциялық әдістер салдарынан сейсмикалық оқиғалар тіркелді. Мысалы, АҚШ-тың Оклахома штатында Арбакл тобының шөгінді тау жыныстарына үлкен көлемде сарсуды инъекциялау салдарынан сейсмикалық белсенділік күрт өсті.

Электромагниттік импульстер

Жоғары энергиялы электромагниттік импульстердің тектоникалық қозғалыстар нәтижесінде жиналған энергияны босатуға қабілетті екендігі көрсетілді. Бұл, ЭМ импульстік генераторлар шығарғаннан кейін 2–6 күн ішінде жергілікті жер сілкіністерінің жиілігін арттыру арқылы жүзеге асады. Босатылған энергия ЭМ импульстерінің энергиясынан шамамен алты рет көп. Осы салыстырмалы түрде шағын жер сілкіністері арқылы босатылған тектоникалық кернеу, аймақтағы күшті жер сілкінісінен босатылған кернеудің 117%-ына тең. Эксперименттер кезеңінде және одан ұзақ уақыт өткен соң сейсмикалық динамика әдеттегіден гөрі реттелгендігіне байланысты, күшті ЭМ әсерлері сейсмикалық белсенділікті бақылауға мүмкіндік береді деп ұсынылған.

Тәуекел факторлары

Тәуекел – болашақтағы оқиғаның салдарына ұшырау мүмкіндігі ретінде анықталады. Сейсмикалық тәуекел әдетте белгілі бір жерде немесе аймақтағы сейсмикалық қауіпті, оған ұшырау деңгейі мен осалдықпен бірге есептеу арқылы бағаланады.

Жер сілкінісі

Жер сілкінісі ғимараттар мен басқа да құрылымдарға құрылымдық және құрылымдық емес зақымдар келтіруі мүмкін. Қазіргі заманғы инженерлік құрылымдарға құрылымдық зақым тек ML 5.0-ден асатын жер сілкінісі кезінде ғана туындайды деп қабылданған. Сейсмология және жер сілкінісі инженериясында жер сілкінісі ғимараттың тербеліс периодындағы жердің ең жоғары жылдамдығы (PGV), жердің ең жоғары үдеуі (PGA) немесе спектральдық үдеу (SA) арқылы өлшеніп бағаланады. Тарихи сейсмикалық белсенді аймақтарда, ғимараттар сейсмикалық күштерге төтеп беруге арналған жағдайда, орташа құрылымдық зақымдану мүмкін, ал PGA гравитациялық үдеудің (g) 18-34%-ынан жоғары болғанда өте күшті сілкіністер сезілуі мүмкін. Сирек жағдайларда, құрылымдық емес зақымдану.

Жер сілкінісі көзінің сипаттамасы

Жер сілкінісі қаупін бағалау үшін нысан аумағының геологиялық жағдайын түсіну алғышарт болып табылады. Тау жыныстарының қалыптасуы, жер асты құрылымдары, жарықтардың орналасуы, кернеулердің күйі және сейсмикалық оқиғаларға ықпал ететін басқа да параметрлер қарастырылады. Бұл нысан аумағында болған бұрынғы жер сілкінісінің тіркелген деректері де ескеріледі. Дегенмен, осы талдаудың мақсаты – болашақта жер сілкінісі болу мүмкіндігін анықтау. Табиғи сейсмикалық белсенділіктен өзгеше, шақырылған сейсмикалық белсенділікте жер сілкінісінің жиілігі адам қызметінің өзгеруіне байланысты уақыт өте келе өзгеріп отырады, сондықтан ол уақыт бойынша өзгеретін сейсмикалық белсенділік деңгейлерімен сипатталатын стационарлық емес процестер ретінде сандық тұрғыда бағаланады.

Жер қозғалысы

Берілген жердегі жер қозғалысы – сейсмометрмен сол жерде тіркелген сейсмикалық толқындарды сипаттайды. Толық сейсмограмманы қарапайымдау үшін PGV (жоғары жер жылдамдығы), PGA (жоғары жер үдеуі), әртүрлі кезеңдердегі спектральдық үдеу (SA), жер сілкінісінің ұзақтығы, Ариас интенсивтігі (IA) сияқты параметрлер жер сілкінісін сипаттау үшін қолданылады. Белгілі магнитудадағы жер сілкінісінің ошағынан жерге таралуы тарихи мәліметтерге негізделген жер қозғалысын болжау теңдеулері (GMPE) арқылы бағаланады. Тарихи мәліметтердің шамалы болуына байланысты, ғалымдар табиғи жер сілкіністері үшін жасалған GMPE-ді индуцирленген жер сілкіністеріне қолдану үшін өзгертіп келген.

Сейсмикалық қауіп

PSHA негіздемесі жер сілкінісінің шамасы мен жер қозғалысының таралуын жер сілкінісі қаупін бағалау үшін пайдаланады – болашақта белгілі бір деңгейдегі жер сілкінісін (PGA, PGV, SA, IA және т.б.) басып өту ықтималдығын. Ықтималдық үлестірілімдерінің күрделілігіне қарай, сейсмикалық қауіпті бағалау үшін сандық әдістер немесе модельдеу (мысалы, Монте-Карло әдісі) қолданылуы мүмкін. Кемдік немесе осалдық функциясы жер сілкінісінің әртүрлі деңгейлерінде зақымдану ықтималдығын көрсетеді. Оклахома сияқты табиғи сейсмикалық белсенділігі аз аймақтардағы құрылыстар сейсмикалық күштерге төтеп беру үшін жобаланбаған, сондықтан Калифорния және Жапония сияқты тектоникалық аймақтардағы құрылыстармен салыстырғанда, тіпті аз күшті жер сілкінісінде де осал болады.

Сейсмикалық қауіп

Сейсмикалық тәуекел – болашақта белгілі бір әсер деңгейінен асып кету мүмкіндігі. Мысалы, ол ғимаратқа болашақта орташа немесе одан да көп зақым келуінің ықтималдығын бағалауы мүмкін. Сейсмикалық қауіп, сейсмикалық тәуекелді бағалау үшін әсер ету және осалдықпен біріктіріледі. Бір нысанда тәуекелді бағалау үшін сандық әдістер қолданылуы мүмкін, ал жер сілкінісі мен оның салдарының өзара байланысын дұрыс ескеру үшін, нысандар жиынтығы бар аймақ үшін симуляцияға негізделген әдістер жақсырақ сәйкес келеді. Индукцияланған сейсмикалық құбылыстардың жағдайында, сейсмикалық қауіп өзгеруіне байланысты сейсмикалық тәуекел уақыт өте келе өзгеріп отырады. Бұл тұздық пен ағып кетуге де алып келуі мүмкін. Жарылыстардан туындаған сейсмикалық құбылыстарды болжау және жеңілдету оңайырақ. Көбінесе қолданылатын стратегиялар – бір жарылыста қолданылатын динамит мөлшерін және жарылыстардың орналасқан жерін шектеуді қамтиды. Дегенмен, инъекциямен байланысты индукцияланған сейсмикалық құбылыстардың қашан және қайда болатынын, сондай-ақ олардың шамасын болжау қиын. Сұйықтық инъекциясымен байланысты сейсмикалық оқиғалардың болжауға болмайтындығына байланысты, ол көпшіліктің қызығушылығын арттырды. Индукцияланған сейсмикалық құбылыстар – өнеркәсіптік қызметтің тізбекті реакциясының бір бөлігі ғана, бұл көпшілікті алаңдатады. Индукцияланған сейсмикалық құбылыстарға деген көзқарас адамдардың әртүрлі топтары арасында өте әртүрлі. Көпшілік адамның әрекетінен туындаған жер сілкінісіне қарағанда, табиғи жер сілкінісіне көбірек теріс көзқарас білдіреді. Көпшіліктің алаңдатушылығының екі басты мәселесі – инфрақұрылымға келтірілген зақым және адамдардың денсаулығы. Реттеуші органдар, өнеркәсіп және зерттеушілер тарапынан шаралар қабылданды. 2015 жылдың 6 қазанында өнеркәсіп, үкімет, академиялық қауым және жұртшылық өкілдері Канадада индукцияланған сейсмикалық құбылыстардан туындаған тәуекелдерді басқаруға көмектесетін «светофор» жүйесін немесе протоколды енгізудің тиімділігін талқылау үшін жиналды. Дегенмен, индукцияланған сейсмикалық құбылыстарды бағалау және төзімділік субъективті болып табылады және саясат, экономика және жұртшылықтың түсінігі сияқты әртүрлі факторларға байланысты. Саясаткерлер көбінесе өнеркәсіптің мүддесін және халықтың мүддесін теңестіруі керек. Мұндай жағдайларда сейсмикалық тәуекелті бағалау болашақ тәуекелді сандық түрде анықтау үшін маңызды құрал болып табылады және сейсмикалық тәуекел халық үшін қабылданатын ең жоғары деңгейге жеткенге дейін жер сілкінісін тудыратын іс-шараларды реттеу үшін қолданылуы мүмкін. +Дүниежүзіндегі «Светофор» жүйелеріЕлОрынНегізгі операцияTSLШвейцарияБазельЖарғайтылған геотермальдық жүйеЖоспарланғандай жұмыс істеу: PGV < 0,5 мм/с, ML < 2,3, сезілген хабарламалар жоқ; реттеуші органдарға хабарлау; инъекция жылдамдығын арттырмау: PGV ≤ 2,0 мм/с, ML ≥ 2,3, сезілген хабарламалар аз Инъекция жылдамдығын азайту: PGV ≤ 5,0 мм/с, ML ≤ 2,9, сезілген хабарламалар көп Тоқтату; ұңғыларды босату: PGV > 5,0 мм/с, ML > 2,9, көбінесе сезіледіҰ. К. Бүкіл ел бойынша Шиыршық газдың гидравликалық сынықтарыЖоспарланғандай жұмыс істеу: ML < 0 Абайлықпен жұмыс істеу; инъекция жылдамдықтарын төмендету; бақылауды күшейту: 0 ≤ ML ≤ 0,5 Жұмысты тоқтату: ML > 0,5А. Қ. АҚШКолорадоГидравликалық сынықтар; Қалдық суды шығаруЖұмысты өзгерту: бетінде сезіледі Жұмысты тоқтату: ML ≥ 4,5А. Қ. АҚШОклахомаҚалдық суды шығару; Гидравликалық сынықтарОператорлардың азайту шараларын қайта қарау: ML ≥ 2,5, ≥ 3,0 Жұмысты тоқтату: ML ≥ 3,5А. Қ. АҚШОгайоҚалдық суды шығару; Гидравликалық сынықтарЖоспарланғандай жұмыс істеу: ML < 1,5 Реттеуші органдарға хабарлау: ML ≥ 1,5 Жұмыс жоспарын өзгерту: 2,0 ≤ ML ≤ 2,4 Уақытша жұмысты тоқтату: ML ≥ 2,5 Жұмысты тоқтату: ML ≥ 3,0КанадаФокс Крик ауданы, АльбертаГидравликалық сынықтарЖоспарланғандай жұмыс істеу: ML < 2,0 Реттеуші органдарға хабарлау; жеңілдету жоспарларын іске асыру: 2,0 ≤ ML ≤ 4,0 инъекциялық ұңғымадан 5 км-ге дейін Реттеуші органдарға хабарлау; жұмысты тоқтату: ML ≥ 4,0 инъекциялық ұңғымадан 5 км-ге дейінКанадаRed Deer ауданы, АльбертаГидравликалық сынықтарЖоспарланғандай жұмыс істеу: ML < 1,0 Реттеуші органдарға хабарлау; жеңілдету жоспарларын іске асыру: 1,0 ≤ ML ≤ 3,0 инъекциялық ұңғымадан 5 км-ге дейін Реттеуші органдарға хабарлау; жұмысты тоқтату: ML ≥ 3,0 инъекциялық ұңғымадан 5 км-ге дейінКанадаБритандық КолумбияГидравликалық сынықтарЖұмысты тоқтату: ML ≥ 4,0 немесе жер сілкінісін бетінде сезіну 3 км-ге дейін бұрғылау алаңынан.

Seismic risk is defined as the probability of exceeding a certain level of impact in the future. For example, it may estimate the exceedance probability of moderate or more damage to a building in the future. Seismic hazard is combined with the exposure and vulnerability to estimate seismic risk. While numerical methods may be used to estimate risk at one site, simulation based methods are better suited to estimate seismic risk for a region with a portfolio of entities, in order to correctly account for the correlations in ground shaking, and impacts. In the case of induced seismicity, the seismic risk varies over time due to changes in the seismic hazard. It can also lead to brine and leakages. It is easier to predict and mitigate seismicity caused by explosions. Common mitigation strategies include constraining the amount of dynamite used in one single explosion and the locations of the explosions. For injection related induced seismicity, however, it is still difficult to predict when and where induced seismic events will occur, as well as the magnitudes. Since induced seismic events related to fluid injection are unpredictable, it has garnered more attention from the public. Induced seismicity is only part of the chain reaction from industrial activities that worry the public. Impressions toward induced seismicity are very different between different groups of people. The public tends to feel more negatively towards earthquakes caused by human activities than natural earthquakes. Two major parts of public concern are related to the damages to infrastructure and the well being of humans. Actions have been taken by regulators, industry and researchers. On October 6, 2015, people from industry, government, academia, and the public gathered together to discuss how effective it was to implement a traffic light system or protocol in Canada to help manage risks from induced seismicity. Risk assessment and tolerance for induced seismicity, however, is subjective and shaped by different factors like politics, economics, and understanding from the public. Policymakers have to often balance the interests of industry with the interests of the population. In these situations, seismic risk estimation serves as a critical tool for quantifying future risk, and can be used to regulate earthquake inducing activities until the seismic risk reaches a maximum acceptable level to the population. +Traffic Light Systems Around the WorldCountryLocationMajor OperationTSLSwitzerlandBaselEnhanced Geothermal SystemOperate as planned: PGV < 0.5 mm/s, ML < 2.3, no felt report
Inform regulators; no increase in injection rate: PGV ≤ 2.0 mm/s, ML ≥ 2.3, few felt report

Reduce injection rate: PGV ≤ 5.0 mm/s, ML ≤ 2.9, many felt reports

Suspend pumping; bleeding wells: PGV > 5.0 mm/s, ML > 2.9, generally feltU. K. Nation wideHydraulic Fracturing of Shale GasOperate as planned: ML < 0
Operate with caution; lower the injection rates; increase monitoring: 0 ≤ ML ≤ 0.5

Suspend operation: ML > 0.5U. S. AColoradoHydraulic Fracturing; Wastewater DisposalModify the operation: felt at the surface
Suspend operation: ML ≥ 4.5U. S. AOklahomaWastewater Disposal; Hydraulic FracturingEscalate review of operators' mitigation procedures : ML ≥ 2.5, ≥ 3.0
Suspend the operation : ML ≥ 3.5U. S. AOhioWastewater Disposal; Hydraulic FracturingOperate as planned: ML < 1.5

Inform the regulator: ML ≥ 1.5

Modify the operation plan: 2.0 ≤ ML ≤ 2.4

Halt the operations temporarily: ML ≥ 2.5

Suspend the operations: ML ≥ 3.0CanadaFox Creek Area, AlbertaHydraulic FracturingOperate as planned: ML < 2.0
Inform the regulator; implement mitigation plans: 2.0 ≤ ML ≤ 4.0 within 5 km of an injection well

Inform the regulator; suspend the operations: ML ≥ 4.0 within 5 km of an injection wellCanadaRed Deer Area, AlbertaHydraulic FracturingOperate as planned: ML < 1.0
Inform the regulator; implement mitigation plans: 1.0 ≤ ML ≤ 3.0 within 5 km of an injection well

Inform the regulator; suspend the operations: ML ≥ 3.0 within 5 km of an injection wellCanadaBritish ColumbiaHydraulic FracturingSuspend the operations: ML ≥ 4.0 or a ground motion felt on the surface within 3 km of the drilling pad

Ядролық жарылыстар

Ядролық жарылыстар сейсмикалық белсенділікті тудыруы мүмкін, бірақ АҚШ Геологиялық қызметінің (USGS) мәліметтері бойынша, осыдан туындаған сейсмикалық белсенділік бастапқы ядролық жарылыстан кем энергиялы болады және көбінесе үлкен жер сілкінісін тудырмайды. Ядролық жарылыстар тау жынысында жиналған серпімді кернеу энергиясын босатып, бастапқы жарылыс толқынын күшейтуі мүмкін.