Núcleos de roca del este de Texas que contienen fracturas. Los núcleos muestran cómo las fracturas abiertas pueden albergar depósitos de cemento, que puede proporcionar pistas sobre el entorno y el proceso de la fractura. Crédito:Lander et al.
Las fracturas están por todas partes.
Son las grietas de la acera. Las grietas en los cortes de carreteras. Las texturas de araña en ladrillo y cantos rodados. Y esas son solo las fracturas visibles en la superficie. Subterráneo, las fracturas pueden extenderse por las rocas creando redes complejas que se extienden por millas.
Comprender cómo se forman las fracturas y dónde se encuentran son cuestiones fundamentales en las geociencias con importantes implicaciones para la vida cotidiana. Las fracturas influyen en la cantidad de petróleo y gas que puede fluir de un juego de esquisto. Pueden controlar dónde abunda el agua subterránea o dónde es difícil de conseguir, y si el dióxido de carbono inyectado bajo tierra permanecerá o se filtrará nuevamente a la atmósfera, donde puede contribuir al cambio climático.
La mayoría de los científicos han buscado respuestas a estas preguntas a través de observaciones del subsuelo e investigaciones basadas en la mecánica. Pero estos enfoques no han tenido éxito en responder ni siquiera preguntas básicas sobre fracturas en profundidad, ambientes más calurosos. Responder a estas preguntas es vital para realizar predicciones más precisas de los patrones de fractura del subsuelo y tomar mejores decisiones de ingeniería.
Un grupo de investigación dirigido por la Universidad de Texas en Austin está desafiando el paradigma científico actual argumentando que la mecánica por sí sola no es suficiente. Para avanzar en la investigación de fracturas, los científicos deben comenzar a considerar el papel de la química.
Stephen Laubach, el líder del programa de fracturas y diagénesis en la Oficina de Geología Económica de la Escuela de Geociencias de Austin Jackson de la Universidad de Texas, se encuentra en un afloramiento de piedra vertical fracturada en el Parque Nacional Grand Teton. El afloramiento es un excelente análogo para los depósitos de gas subterráneos. Crédito:Ann Laubach
Los investigadores publicaron un artículo en agosto de 2019 en la revista Reseñas de Geofísica argumentar a favor de adoptar una perspectiva química para comprender cómo se desarrollan los patrones de fractura. Por ejemplo, Una investigación publicada recientemente muestra que los minerales que recubren el interior de las fracturas pueden registrar evidencia importante sobre cuándo y por qué se forman las fracturas. Los revestimientos de cristales también pueden influir en el proceso de fracturación en sí. Análisis químico, experimentación, modelado, y la teoría tiene el potencial de aumentar la comprensión de los científicos sobre cómo se desarrollan los patrones de fractura en diferentes escalas de tiempo geológico, dijo el autor principal Stephen Laubach, un científico investigador senior en la Oficina de Geología Económica de UT, una unidad de investigación de la Escuela Jackson de Geociencias.
"Son rocas calientes con líquido caliente en ellas, por lo que son entornos enormemente reactivos químicamente, "Dijo Laubach.
Laubach es el líder del programa de fracturas y diagénesis en la oficina y es coautor del artículo con otros 18 colaboradores. El documento se basa en ideas discutidas en un taller de 2016 sobre la química del desarrollo de patrones de fractura patrocinado por la Oficina de Ciencias Energéticas Básicas del Departamento de Energía.
Desde picos de montañas hasta formaciones rocosas de kilómetros de profundidad, Las fracturas son las estructuras rocosas más comunes en muchos entornos geológicos. Su gran abundancia influye en la fuerza de la roca circundante y el flujo de fluidos. Sin embargo, la simplicidad superficial de las fracturas es también lo que las convierte en un problema tan difícil de resolver. Solo con mecánica y geometría, es prácticamente imposible desentrañar los procesos que impulsaron la formación de una fractura frente a otra. La química proporciona el contexto necesario para hacer estas distinciones.
"Con una simple fractura en modo de apertura, podría haberse formado por tantos procesos diferentes, "Dijo Laubach." Cuando veas una fractura en un trozo de núcleo, no se puede decir cuándo se formó o por qué se formó, específicamente. Tiene poco para inferir cuáles son los patrones fuera del pozo ".
Una red de fracturas en las montañas de Omán. Crédito:Laubach et al.
En el papel, los autores explican cómo la química puede ofrecer más especificidad en los factores que dan forma a las fracturas, con la investigación centrada en las fracturas que se forman de 1 a 10 kilómetros por debajo de la superficie.
Las fracturas en estos entornos suelen albergar depósitos minerales en su interior. Dado que se forman diferentes minerales en condiciones específicas, los revestimientos minerales sirven como registro de los entornos rocosos a lo largo del tiempo. Los minerales en sí mismos también pueden afectar tanto el proceso de fractura como la extensión en la que el fluido puede fluir a través de las redes de fractura.
Laubach dijo que el análisis de la química de las fracturas ya ha dado lugar a importantes descubrimientos. Por ejemplo, La investigación de la oficina descubrió que una red de fracturas en el este de Texas ha estado creciendo lenta y constantemente durante aproximadamente 50 millones de años, mucho más de lo esperado. Y el ex alumno de la Escuela de Geociencias de Jackson, Abdulaziz Almansour (que obtuvo una maestría del programa de Energía y Recursos Terrestres de la escuela en 2017) publicó recientemente un artículo basado en su investigación de tesis que utiliza el análisis químico de la roca huésped para predecir con éxito cómo las fracturas podrían mejorar o mejorar. bloquear la producción de petróleo en función de si están sellados con cementos minerales o abiertos y pueden servir como conductos para los hidrocarburos.
Sin embargo, a pesar del gran potencial de la química para arrojar luz sobre el comportamiento de las fracturas, Laubach dijo que un enfoque químico sigue siendo una perspectiva relativamente inusual que necesita más investigación en todos los ámbitos.
"Sospechamos que probablemente se necesite toda una generación de trabajo experimental y de observación, ya sea con materiales análogos o a temperaturas elevadas trabajando con reacciones químicas donde ocurren reacciones como la precipitación, ", dijo." En los años 60, Hubo un gran impulso para la mecánica de fracturas relacionada con el laboratorio. Creo que probablemente tengamos otra ronda de eso ".
Giovanni Bertotti, un investigador de fracturas que no participó en la publicación y el jefe de la sección de Ingeniería Civil y Geociencias de la Universidad Tecnológica de Delft, calificó el artículo como un "hito" y dijo que espera que el artículo sea leído por una amplia gama de personas tanto en la academia como en la industria.
"El artículo de Laubach et al. Es una excelente descripción general del conocimiento actual sobre estos sistemas de fracturas y una visión inspiradora de los desafíos futuros, " él dijo.
