Los esfuerzos para detener los terremotos causados ​​por el hombre cerrando los pozos de inyección de aguas residuales que sirven a los campos de petróleo y gas adyacentes pueden simplificar demasiado el desafío. según un nuevo estudio de sismólogos de la Universidad Metodista del Sur, Dallas.

Los sismólogos analizaron una secuencia de terremotos en el Aeropuerto Internacional de Dallas Fort Worth y encontraron que aunque la inyección de aguas residuales se detuvo después de un año, los terremotos continuaron.

La secuencia de terremotos comenzó en 2008, y la inyección de aguas residuales se detuvo en 2009. Pero los terremotos continuaron durante al menos siete años más.

"Esto nos dice que la inyección de alto volumen, aunque sea por poco tiempo, cuando está cerca de una falla críticamente estresada, puede inducir una sismicidad duradera, "dijo el sismólogo de SMU Paul O. Ogwari, quien desarrolló un método único de análisis de datos que arrojó los resultados del estudio.

Los terremotos pueden continuar incluso ahora, dijo Ogwari, cuyo análisis se extendió hasta 2015.

Los hallazgos del estudio indican que cerrar los pozos de inyección en reacción a los terremotos, como lo están haciendo algunos estados como Oklahoma y Arkansas, puede no tener el efecto deseado de detener inmediatamente más terremotos, dijo la sismóloga Heather DeShon, coautor del estudio y profesor asociado en el Departamento de Ciencias de la Tierra de SMU.

"La secuencia del terremoto de DFW comenzó en Halloween en 2008, antes de que las tasas de sismicidad de Oklahoma aumentaran notablemente, ", dijo DeShon." Este estudio revisa lo que técnicamente fue la primera secuencia moderna de terremotos inducidos en esta región y muestra que aunque el inyector de aguas residuales en este caso se había apagado muy rápidamente, la actividad de inyección todavía perturba la falla, de modo que eso generó terremotos incluso siete años después ".

Ese fenómeno no es desconocido. Los sismólogos vieron ese tipo de respuesta a un terremoto de una serie de terremotos inducidos por el hombre en Colorado después de la inyección de aguas residuales durante la década de 1960 en el Arsenal de las Montañas Rocosas cerca de Denver. Del mismo modo, en ese caso, se inició y se detuvo la inyección, pero los terremotos continuaron.

Tal posibilidad no se ha entendido bien fuera de los círculos científicos, dijo DeShon. Es miembro del equipo de sismología de SMU que ha estudiado y publicado extensamente sus hallazgos científicos relacionados con la inusual racha de terremotos inducidos por humanos en el norte de Texas.

"La percepción es que si los inyectores de aguas residuales de petróleo y gas conducen a esto, entonces debería cerrar los pozos de inyección, ", Dijo DeShon." Pero el estudio de Paul muestra que hay mucho que aprender sobre la física del proceso, y monitoreando continuamente durante años ".

Ogwari, DeShon y su colega sismólogo de SMU, Matthew J. Hornbach, informaron los hallazgos en el informe revisado por pares. Revista de investigación geofísica en el artículo "La secuencia del terremoto del aeropuerto de Dallas-Fort Worth:la sismicidad más allá del período de inyección".

Los terremotos conocidos en el aeropuerto DFW ascienden a más de 400

Los cúmulos de terremotos sin precedentes del aeropuerto DFW fueron los primeros documentados en la historia del sistema geológico rico en petróleo de la región del norte de Texas conocido como la cuenca de Fort Worth. Los terremotos también son el primero de múltiples secuencias en la cuenca vinculadas a la eliminación subterránea a gran escala de los fluidos de desecho de las operaciones de petróleo y gas.

Los terremotos del aeropuerto DFW comenzaron en 2008, al igual que la inyección de salmuera en grandes volúmenes de aguas residuales. La mayor parte de la actividad sísmica ocurrió en los primeros dos meses después de que comenzara la inyección, principalmente dentro de .62 millas, o 1 kilómetro, del pozo. Luego, otros grupos migraron más hacia el noreste del pozo durante los siguientes siete años. Los terremotos se desencadenaron en una falla regional preexistente que tiene una tendencia de 3.7 millas, o 6 kilómetros, noreste a suroeste.

Ogwari, investigador postdoctoral en el Departamento de Ciencias de la Tierra de SMU Roy M. Huffington, analizó años de datos sísmicos existentes de la región para profundizar en la secuencia del aeropuerto DFW, que totalizaron 412 terremotos hasta 2015.

Mirando los datos de esos terremotos, Ogwari descubrió que habían continuado durante al menos siete años en 2015 a lo largo del 80% de la falla, a pesar de que la inyección se detuvo después de solo 11 meses en agosto de 2009.

La tasa de terremotos disminuyó, pero la magnitud nunca ha disminuido

En otro hallazgo importante del estudio, Ogwari descubrió que la magnitud de los terremotos del aeropuerto DFW no disminuyó con el tiempo, pero en cambio se mantuvo firme. La magnitud osciló entre 0,5 y 3,4, el más grande ocurrió tres años después de que se detuviera la inyección en el pozo.

"Lo que hemos visto aquí es que la magnitud es constante en el tiempo dentro de la falla, ", Dijo Ogwari." Esperamos ver los eventos más importantes durante la inyección o inmediatamente después de la inyección, seguido de una decadencia abrupta. Pero en cambio, estamos viendo que la falla continúa produciendo terremotos con magnitudes similares a las que vimos durante la inyección ".

Si bien la tasa de terremotos disminuyó, hubo 23 eventos por mes entre 2008 y 2009, pero solo un evento un mes después de mayo de 2010, la magnitud se mantuvo igual. Eso indica que la falla no se cura por completo.

"No sabemos por qué es eso, ", Dijo Ogwari." Creo que esa es una pregunta que está ahí fuera y puede necesitar más investigación ".

Se necesita más monitoreo para los terremotos inducidos por el hombre

Respondiendo a esa pregunta, y otros, sobre las características complejas y el comportamiento de fallas y terremotos, requiere un monitoreo más extenso de lo que es posible en la actualidad, dado el financiamiento asignado para monitorear los terremotos.

El monitoreo de las fallas involucra estaciones ubicadas estratégicamente que "escuchan" y registran ondas de intensa energía que resuenan a través del suelo, Dijo DeShon.

La cuenca de Fort Worth incluye el esquisto Barnett, una importante formación geológica productora de gas, encima de la formación profunda Ellenberger utilizada para el almacenamiento de aguas residuales, que se superpone a una capa de sótano de granito. El antiguo sistema de fallas del aeropuerto se extiende a todas las unidades.

La fricción impidió que la falla se deslizara durante millones de años, pero en 2008 altos volúmenes de aguas residuales inyectadas perturbaron la falla del aeropuerto. Eso hizo que la culpa se deslizara, liberando energía almacenada en ondas. Las olas más poderosas fueron "sentidas" como la tierra temblando.

"Las ecuaciones físicas detalladas que relacionan los procesos de aguas residuales con los procesos de fallas son todavía un poco cuestionables, ", Dijo DeShon." Pero en general, la hipótesis favorecida es que el fluido inyectado cambia la presión lo suficiente como para cambiar la relación entre la tensión descendente y las tensiones horizontales, que permite que la falta se deslice ".

Los terremotos en el norte de Texas fueron inauditos hasta 2008, así que cuando empezaron a sentirse los sismólogos se apresuraron a instalar monitores. Cuando los temblores se calmaron, las estaciones de monitoreo fueron removidas.

"Tal como está ahora, perdemos el comienzo de los terremotos. Los monitores se retiran cuando los terremotos dejan de sentirse, ", Dijo DeShon." Pero este estudio nos dice que hay más que los terremotos 'sentidos'. Necesitamos saber cómo comienzan las secuencias, y también cómo terminan. Si alguna vez vamos a entender lo que está pasando, necesitamos el comienzo, el medio y el final. No solo el medio después de que se sientan ".

Método innovador aprovechado para estudiar la actividad sísmica

Los monitores que el equipo SMU instaló en el aeropuerto DFW se retiraron cuando la actividad sísmica pareció haber disminuido en 2009.

Ogwari planteó la hipótesis de que podría mirar datos históricos de estaciones de monitoreo distantes aún en el lugar para extraer información y documentar la historia de los terremotos del aeropuerto DFW.

Las estaciones distantes son parte de la red permanente de EE. UU. Monitoreada y mantenida por el Servicio Geológico de EE. UU. El más cercano es de 152 millas, 245 kilómetros, lejos.

Formas de onda de terremoto, como huellas dactilares humanas, son únicos. Ogwari usó los datos de monitoreo de la estación local para entrenar software para identificar terremotos DFW en las estaciones distantes. Ogwari took each earthquake's digital fingerprint and searched through years of data, cross-correlating waveforms from both the near and regional stations and identified the 412 DFW Airport events.

"The earthquakes are small, less than magnitude three, " DeShon said. "So on the really distant stations it's like searching for a needle in a haystack, sifting them from all the other tiny earthquakes happening all across the United States."

Each path is unique for every earthquake, and seismologists record each wave's movement up and down, north to south, and east to west. From that Ogwari analyzed the evolution of seismicity on the DFW airport fault over space and time. He was able to look at data from the distant monitors and find seismic activity at the airport as recent as 2015.

"Earthquakes occurring close in space usually have a higher degree of similarity, " Ogwari said. "As the separation distance increases the similarity decreases."

To understand the stress on the fault, the researchers also modeled the location and timing of the pressure in the pores of the rock as the injected water infiltrated.

For the various earthquake clusters, the researchers found that pore pressure increased along the fault at varying rates, depending on how far the clusters were from the injection well, the rate and timing of injection, and hydraulic permeability of the fault.

The analysis showed pore-pressure changes to the fault from the injection well where the earthquakes started in 2008; at the location of the May 2010 quakes along the fault; and at the northern edge of the seismicity.

Will the DFW Airport fault continue to slip and trigger earthquakes?

"No lo sabemos, " Ogwari said. "We can't tell how long it will continue. SMU and TexNet, the Texas Seismic Network, continue to monitor both the DFW Airport faults and other faults in the Basin."