Какого размера землетрясения могут быть вызваны

ReFINE Briefing Note
Какого размера землетрясения могут быть
вызваны гидроразрывом пласта?
Эта научная сводка основана на статье: "Индуцированная
сейсмичность и гидравлический разрыв пласта для добычи
углеводородов" Richard J. Davies, Gillian Foulger, Annette Bindley and
Peter Styles, опубликованной онлайн в Marine and Petroleum Geology ,
апрель 2013 и доступной для бесплатного скачивания по адресу:
www.refine.org.uk
Гидравлический разрыв пласта (ГРП) это процесс
при котором целевой пласт преднамеренно
раскалывается инъекцией жидкости под высоким
давлением. Во время недавней добычи сланцевого
газа в Ланкашире (Великобритания), были
замечены подземные толчки связанные с ГРП, что
привлекло
общественный
интерес.
Для
исследования этой проблемы, энергетический
институт Даремского университета совместно с
Кильским
университетом
провели
обзор
опубликованных
данных
по
наведённой
сейсмичности (техногенным землетрясениям).
Работа показала, что наведённая сейсмичность,
связанная с ГРП, обычно намного меньше по
магнитуде, чем сейсмические происшествия при
горной добыче, истощении газовых и нефтяных
месторождений и заполнении резервуаров водой.
Что такое наведённая сейсмичность?
Подземные толчки и землетрясения происходят
когда геологический разлом начинает неожиданно
двигаться, техническое название этого феномена –
сейсмичность. Сейсмичность отражает структуру
земной коры в этом регионе, а также нагрузки
на неё. Наведённая сейсмичность это когда
деятельность человека вызывает движения
скрытого разлома. Это может произойти из-за
удаления материала, например, при горной добыче
или при добавлении жидкостей для смазки зоны
разлома. Последнее и связанно с наведённой
сейсмичностью при гидравлическом разрыве
пласта.
Рисунок 1: Упрощённый 3-D
разрез
зоны
добычи
сланцевого газа. Скважина
бурится глубоко вниз в
богатую сланцевым газом
землю.
В
скважину
вкачивают жидкости под
высоким давлением, что
вызывает
трещины
и
освобождение захваченного
газа.
Предположительно,
наведённая сейсмичность
происходит,
когда
ГРП
позволяет
жидкости
двигаться в зоне разлома.
Закачивание жидкостей в сланцы для создания
трещин (рис. 1), как полагают, позволяет сети
трещин соединиться с зонами разломов. В
Page 01
следствии, введённая жидкость или импульс
давления жидкости может распространиться в зоне
разлома, вызывая проскальзывания. Механизмы,
магнитуда и частота наведённой сейсмичности в
результате ГРП, плохо изучены, и до сих пор не
были
сопоставлены
с
другими
формами
наведённой сейсмичности.
Что такое магнитуда землетрясения?
Магнитуда
это
величина
энергии
при
землетрясении и может измеряться несколькими
способами. Обсуждая магнитуду землетрясения
большинство людей подразумевают шкалу Рихтера,
но она измеряет только местный масштаб
землетрясения. Для оценки энергии выделяющейся
в
результате
землетрясения,
сейсмологи
используют фундаментальную физику что бы
установить сейсмический момент. Эта шкала
используется наряду со шкалой Рихтера.
Землетрясения с магнитудой 3 почти не чувствуются
людьми. Эти землетрясения выделяют примерно в
30 раз меньше энергии, чем землетрясения с
магнитудой 4 и примерно в 900 раз меньше, чем
землетрясение с магнитудой 5.
Наведённая сейсмичность: обзор.
Раннее опубликованные данные, собранные в
нашем исследовании, приведены на рисунке 2,
который показывает магнитуду и частоту
наведённой сейсмичности вызванной различной
деятельностью. Наша работа представляет собой
первый общий обзор данной темы, собирая почти
200
опубликованных
случаев
наведённой
сейсмичности с 1929 года, и помещая сейсмичность
связанную с ГРП в более широкий контекст. Это
показывает, что наведённая сейсмичность может
произойти в результате широкого спектра
деятельности человека, а не только при добыче
сланцевого газа, которая описана только в трёх
случаях. Сейсмичность была зафиксирована в
результате: строительства плотин на реках (всего 39
случаев), истощения нефтяных и газовых
месторождений
(всего
42
случая),
горнодобывающей промышленности (всего 77
случаев), и выработке геотермальной энергии
путём ГРП (всего 21 случай).
Рисунок 2: Причины, магнитуды и частота 198
опубликованных случаев наведённой сейсмичности с
магнитудой более 1. В местах где несколько наведённых
сейсмических
событий
произошло
в
последовательности, только события наибольшей
величины показаны. Самая высокая зарегистрированная
магнитуда наведённых сейсмических событий: 7.9
(Китай,
водохранилище)
и
7.3
(Азербайджан,
нефтегазовое месторождение).
Какая
деятельность
вызвала
наивысшую
наведённую сейсмичность?
Наибольшие
зафиксированные
магнитуды
наведённой
сейсмичности:
запруживание
водохранилища (макс. М = 7.9), истощение
месторождений
нефти
и
газа
(7.3),
горнодобывающая
промышленность
(5.6),
подземное захоронение отходов (5.3), закачивание
воды
в
нефтяные
месторождения
(5.1),
генерирование геотермальной энергии (4.6), ГРП
сланцевого газа (3.8), и сейсмологические
исследований скважин (3.1). По самой природе
процесс ГРП должен вызывать наведённую
сейсмичность, но анализ данных показал слабую
сейсмичность (см. рис. 3).
Page 02
Какого размера землетрясения могут быть
вызваны ГРП при добыче сланцевого газа?
Наведённая сейсмичность, связанная с ГРП была
зафиксирована только на трёх месторождениях
сланцевого газа в Великобритании, США и Канаде.
Как показано на рисунке 3, ГРП при добыче
сланцевого газа в этих регионах побудило 79
сейсмических событий с магнитудой более 1.
Крупнейшим из них было землетрясение
магнитудой 3.8, которое произошло в бассейне
реки Хорн (Horn) Британской Колумбии, Канада.
Оно было ощутимо, но никаких повреждений не
было зарегистрировано. Это и ещё три
землетрясения (два в Великобритании и одно в
США) единственные опубликованные примеры
ощутимых землетрясений вызванных наведённой
сейсмичностью при ГРП.
безопасный метод. Это возможно из-за того, что
сравнительно малые объёмы воды используются
для гидравлического разрыва, около 2-11
Олимпийских бассейнов, и относительно короткой
длительности закачки. Вполне возможно, что
реактивация разломов ГРП может вызвать больше
наведённой сейсмичности, чем зарегистрировано
на сегодняшний день, но лучшее понимание
геологии сланцев может уменьшить этот риск.
Основываясь на данных имеющихся в настоящее
время, вероятность ощутимой сейсмичности (M> 3)
в результате ГРП очень мала, хотя она не может
быть исключена.
Какие выводы мы можем сделать?
Наше исследование обеспечивает важный контекст
и информацию для текущей дискуссии о рисках
связанных с гидроразрывом сланцевых пластов. Мы
предлагаем четыре основные механизма, которые
могут реактивировать разлом с помощью жидкости
или волн давления жидкости при ГРП:
1) непосредственно из скважины,
2) через вновь пробуждённые трещины,
3) через уже существующие трещины;
4) через проницаемые породы или вдоль границы
раздела между слоями пород.
По сравнению с другими источниками наведённой
сейсмичности, как горная добыча и запруживание
водохранилища, ГРП на данный момент достаточно
School of Civil Engineering
and Geosciences
Drummond Building
Newcastle University
NE1 7RU
Tel: +44 (0)191 208 6611
Рисунок 3: Наведённая сейсмичность в результате
ГРП магнитудой более 1. В трех местах (Eola Field,
штат Оклахома, США; Preese Hall, графство
Ланкашир, Великобритания, и бассейн реки Horn,
Британская Колумбия, Канада), всего 79 событий с
магнитудой > 1. Самая высокая зарегестрированная
наведённая сейсмичность составляет 3,8 (река Horn
, Канада).
Contact:
Mr. Sam Almond:
sam.almond@newcastle.ac.uk
ReFINE website:
http://www.refine.org.uk
Follow ReFINE on Twitter:
@ReFINEresearch
Page 03