Механизмы искусственных землетрясений

Александр Гурьянов

Добыча углеводородов гидроразрывом, бурение для получения гидротермальной энергии, подземное захоронение отходов – все это резко повышает вероятность землетрясений. Часто они, вопреки ожиданиям, происходят не во время работ, а месяцы спустя после их окончания и вызывают человеческие жертвы, как это было недавно в провинции Сычуань (см. «Химию и жизнь», 2021, 3). Специалистам известны и другие случаи, например землетрясение, произошедшее в южнокорейском Пхохане в 2017 году через два месяца после работ на скважине для получения геотермальной энергии; это землетрясение магнитудой 5,5 было вторым по силе за современную историю Корейского полуострова.

Круг явлений, вызывающих такие рукотворные землетрясения, специалисты уже очертили; к примеру, известно, что они происходят при эволюции разломов земной коры. А механизмы сейсмичности далеки от полного понимания. Их поиском, в частности, занимаются геофизики корейского происхождения из Национальной лаборатории Сандия Министерства энергетики США под руководством Кюн Вончана. Они выясняли, как механические напряжения, возникающие при закачке жидкости в скважины, передаются к разломам разных размеров.

В предложенной модели это происходит в результате действия двух механизмов. Напрямую, при гидравлической передаче давления подземных вод, и косвенно, за счет  миграции водонасыщенных пор подземных пород к окружающим разломам, где они и скапливаются. Суть этого интересного явления такова. Порода неоднородна, в ней есть более и менее плотные области, которые в разной степени насыщаются водой при закачке ее в скважины. В неоднородных полях механических напряжений, которые возникают в среде с разломами, поры становятся подвижными и устремляются туда, где напряжения выше, то есть к разлому, ведь он – концентратор напряжений. Когда количество пор превысит критическое значение, сконцентрированные у разлома напряжения разрядятся через быстрое появление дополнительной поверхности разрыва, то есть удлинение разлома и землетрясение. Из этой модели следует, что время задержки катастрофы связано с механическими полями, а также скоростью миграции пор.

Ученые апробировали модель на примере окрестностей городка Азл в нефтяном штате Техас. Здесь с ноября 2013 года по май 2014-го в районе двух пересекающихся разломов случилось пять сотен небольших землетрясений. Все они располагались вдоль более длинного и глубокого разлома, а ведь скважины бурили возле меньшего. Ученые пришли к выводу: сначала давление повышалось вблизи него, а затем механические напряжения передавались к более глубокому разлому, который стал концентратором напряжений, а потом разрядился. Сейчас авторы работают над применением машинного обучения для предсказания положения скрытых разломов и оценки механических напряжений вокруг них. Это поможет предсказывать не только места, но и магнитуды будущих землетрясений.

(Scientific Reports, 2020, 10, 2073, полный текст; Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2020, 125, 9)



Разные разности
Женщина изобретающая
Пишут, что за последние 200 лет только 1,5% изобретений сделали женщины. Не удивительно. До конца XIX века во многих странах женщины вообще не имели права подавать заявки на патенты, поэтому частенько оформляли их на мужей. Сегодня сит...
Мужчина читающий
Откуда в голове изобретателя, ученого вдруг возникает идея, порой безумная — какое-нибудь невероятное устройство или процесс, которым нет аналогов в природе? Именно книги формируют воображение юных читателей, подбрасывают идеи, из которых выраст...
Пишут, что...
…археологи обнаружили на стоянке мамонтов Ла-Прель в округе Конверс бусину, сделанную из кости зайца, возраст которой составляет около 12 940 лет… …астрофизики впервые обнаружили молекулы воды на поверхности астероидов Ирис и Массалия… ...
Слезы как оружие
Женщины прекрасно знают, что стоит пустить в ход слезы, как еще секунду назад грозный, орущий и злобный мужчина вдруг обмякает, теряется и становится похожим на кроткую овечку. Откуда такая обезоруживающая сила женских слез? В чем здесь дело?