Dans ce schéma d'une opération d'injection, les zones bleues et rouges représentent l'empreinte spatiale de la sismicité induite pour l'injection dans la roche du socle (bleu) ou la couche sédimentaire sus-jacente (rouge). Les lignes grises représentent le réseau de failles. Les graphiques ci-dessous montrent les probabilités sismiques correspondantes en fonction de la distance au puits. Crédit :Goebel et Brodsky, Science , 2018
Une étude des tremblements de terre induits par l'injection de fluides profondément sous terre a révélé des modèles surprenants, suggérant que les recommandations actuelles pour la fracturation hydraulique, évacuation des eaux usées, et les puits géothermiques devront peut-être être révisés.
Des chercheurs de l'UC Santa Cruz ont compilé et analysé des données du monde entier pour les tremblements de terre clairement associés aux puits d'injection. Ils ont découvert qu'un seul puits d'injection peut provoquer des tremblements de terre à plus de 10 kilomètres du puits. Ils ont également constaté que, en général, l'injection de fluides dans la roche sédimentaire peut provoquer des tremblements de terre plus éloignés que l'injection dans le sous-sol rocheux sous-jacent.
"C'est problématique, puisque le conseil actuel est d'injecter préférentiellement dans la séquence sédimentaire comme alternative théoriquement plus sûre à la roche du socle, " a déclaré Emily Brodsky, professeur de sciences de la Terre et des planètes à l'UC Santa Cruz.
Le chercheur postdoctoral Thomas Goebel a déclaré que le problème clé était l'empreinte spatiale de la sismicité induite autour du puits d'injection. "Ce n'est pas que la roche du sous-sol est sûre, car il y a encore la possibilité de rencontrer une faille dans le socle rocheux qui peut provoquer un grand tremblement de terre, mais la probabilité est réduite car l'empreinte spatiale est plus petite, " il a dit.
Dans un article publié le 31 août dans Science , Goebel et Brodsky ont décrit deux modèles distincts de sismicité induite, qu'ils associent à différents mécanismes physiques agissant dans les roches du socle et les roches sédimentaires. Dans le premier motif, associée à l'injection dans le socle rocheux, les tremblements de terre ont tendance à se produire dans un groupe compact autour du puits, avec une forte baisse des séismes plus loin du puits. Dans l'autre modèle, associé à la roche sédimentaire, les séismes induits diminuent progressivement avec la distance du puits et se produisent à des distances beaucoup plus grandes.
Sites d'injection avec une décroissance spatiale constante et une empreinte spatiale comparable en Europe centrale, les États-Unis et l'Australie. Crédit :Thomas Goebel
On pensait que le mécanisme physique par lequel les puits d'injection induisaient des tremblements de terre était le résultat direct de l'augmentation de la pression du fluide dans les pores de la roche, faisant glisser les défauts plus facilement. Ce mécanisme peut expliquer la configuration spatiale de la sismicité observée avec l'injection dans la roche du socle, dit Goebel. Mais le modèle observé avec l'injection dans la roche sédimentaire suggère un mécanisme différent résultant d'un "couplage poroélastique efficace, " qui contrôle la capacité de la roche à transmettre les contraintes fluides dans la matrice de la roche solide.
"Quand tu injectes de l'eau dans le sol, il pousse sur la roche environnante et crée une contrainte élastique dans la roche, qui peut exercer une pression sur les failles à distance sans mettre de l'eau dans ces failles. Donc si la poroélasticité est dominante, vous vous retrouvez avec une plus grande empreinte car elle charge les failles voisines au-delà de la zone de pression interstitielle accrue, " a déclaré Brodsky.
Selon Goebel, la roche cristalline du socle est plus rigide et a une porosité plus faible que la roche sédimentaire. "Par conséquent, l'augmentation de la pression interstitielle est limitée à des poches isolées autour du puits, et le couplage de celui-ci avec le champ de contrainte global est faible, " il a dit.
Goebel a déclaré que leurs résultats aident à expliquer l'étendue de la sismicité induite dans des régions telles que l'Oklahoma, où il existe de nombreux sites d'injection dans les champs de pétrole et de gaz. L'Oklahoma a connu une augmentation spectaculaire des tremblements de terre depuis 2010, au point qu'il y a maintenant plus de tremblements de terre chaque année en Oklahoma qu'en Californie. Goebel et Brodsky n'ont pas inclus de sites de l'Oklahoma dans leur étude, cependant, parce qu'il y a tellement de puits d'injection qu'ils ne pouvaient pas isoler les effets des puits individuels.
« En Oklahoma, ils s'injectent dans l'unité sédimentaire à haute porosité au-dessus du sous-sol, mais ces contraintes élastiques peuvent être transmises sur une grande distance, vous pourriez donc activer une grande faille de sous-sol à une distance de 10 kilomètres, " Goebel a déclaré. "C'est peut-être ce que nous voyons dans des endroits comme l'Oklahoma."
