Alors que l'inquiétude monte au sujet des tremblements de terre induits par l'activité humaine comme l'exploration pétrolière, Les géologues de l'Université du Kansas rapportent une nouvelle compréhension des récents tremblements de terre au Kansas et en Oklahoma. Cette percée pourrait un jour conduire à une méthode pour prédire où les séismes induits pourraient se produire et pourrait aider l'industrie de l'énergie et les régulateurs à décider où ils peuvent placer des puits en toute sécurité.

Dans un article publié en ligne aujourd'hui dans Avancées scientifiques , K. Alex Nolte, doctorant au Département de géologie; Georges Tsoflias, professeur agrégé du département; Tandis Bidgoli, scientifique adjoint au Kansas Geological Survey, et Lynn Watney, chercheur senior chez KGS, rapportent qu'ils ont pu utiliser un ensemble de capteurs dans le champ pétrolifère de Wellington dans le centre-sud du Kansas pour détecter les signaux de tremblements de terre locaux qui indiquent une augmentation de la pression des fluides dans des zones particulières du sous-sol. La capacité de détecter directement la pression à l'origine des tremblements de terre peut permettre aux géologues de développer des méthodes pour prédire quelles zones du sous-sol pourraient être sujettes aux tremblements de terre induits.

"C'est très prometteur, mais nous n'avons encore rien résolu, " a déclaré Nolte. " Il y a encore beaucoup d'obstacles à franchir. "

L'article publié fournit de nouvelles perspectives, mais il est aussi inhabituel parce que son auteur principal, Nolte, est encore étudiant. Peu de scientifiques, sans parler des étudiants, jamais publié dans l'une des revues prestigieuses comme Avancées scientifiques qui sont produits par l'Association américaine pour l'avancement de la science. La publication est la première de Nolte, et il traite d'un problème affectant sa ville natale de Wichita.

L'étude a été motivée par une augmentation surprenante des tremblements de terre dans ce qui était auparavant le milieu du continent sismiquement calme. Au cours des plus de trois décennies entre 1977 et 2012, seulement 15 tremblements de terre d'une magnitude de 3,0 ou plus ont été enregistrés dans tout l'État du Kansas. Un séisme de magnitude 3,0 est généralement ressenti par les humains. Depuis 2012, plus de 100 tremblements de terre de 3,0 ou plus ont été enregistrés dans seulement deux comtés de l'État, Sumner et Harper. Il s'agit notamment du plus grand tremblement de terre jamais observé au Kansas en novembre 2014, un événement de magnitude 4,9 près de la ville de Milan, dans le comté de Sumner. La fréquence des tremblements de terre n'a cessé d'augmenter. Entre mai 2015 et juillet 2017, le réseau de capteurs KU a détecté plus de 2, 400 tremblements de terre dans le seul comté de Sumner, allant de 0,4 à 3,6.

Un certain nombre de chercheurs ont déjà lié l'augmentation de la fréquence des tremblements de terre dans la région à l'activité humaine, en particulier un boom pétrolier qui a produit des quantités toujours croissantes d'eaux usées. Chaque puits de pétrole produit des eaux usées. C'est le cas des puits conventionnels et des puits qui utilisent la fracturation hydraulique (connue sous le nom de fracturation hydraulique). Le boom pétrolier a entraîné le forage de plus de puits de pétrole dans la région, ce qui a entraîné une forte augmentation du volume des eaux usées. Les chercheurs pensent maintenant que l'injection accrue d'eaux usées dans l'aquifère salé du sous-sol, l'Arboucle, causé l'augmentation des tremblements de terre.

Parce que les conditions dans le sous-sol varient et qu'une tempête parfaite de problèmes doit être présente pour qu'un puits d'injection d'eaux usées induise un tremblement de terre, seule une fraction relativement faible des puits d'injection provoque des tremblements. Cela rend difficile pour les régulateurs et l'industrie de l'énergie de déterminer où ils peuvent placer des puits.

Comme des éponges faites de roche, les aquifères stockent du fluide dans leurs pores. Les eaux usées injectées augmentent la pression du fluide dans les pores de l'aquifère et dans les fractures (fissures) de la roche. Un tremblement de terre est déclenché lorsque le fluide poussant contre la roche affecte une faille existante qui est déjà sur le point de glisser. Si les chercheurs peuvent détecter des régions de pression de fluide élevée dans les pores de l'aquifère, ils pourraient être en mesure de prédire où les séismes induits se produiraient probablement.

Les géologues ont suivi l'augmentation de la pression interstitielle en remarquant une différence dans la façon dont les ondes sismiques des récents tremblements de terre, vraisemblablement induite par l'injection, agir par rapport à la façon dont les vagues des plus anciennes, les tremblements de terre naturels agissent. Le groupe a étudié ce que les géologues appellent les ondes de cisaillement, ou ondes S, en regardant de près leur anisotropie, un phénomène où les vagues se séparent en deux avec une composante de la vague se déplaçant le long des fractures de la roche et la seconde composante se déplaçant perpendiculairement ou presque perpendiculairement à l'orientation de la fracture.

Dans les tremblements de terre naturels qui n'impliquent pas de haute pression, la composante de vague se déplaçant le long des fractures se déplace plus rapidement que la composante de vague se déplaçant perpendiculairement aux fractures. Dans les tremblements de terre induits au Kansas, les géologues ont trouvé le contraire.

"De tels changements, ou « flips », dans l'orientation rapide de l'onde S avait déjà été documentée dans des séismes naturels et des environnements volcaniques où il existe des zones fortement sollicitées par la pression du fluide interstitiel, " a déclaré Tsoflias. "Notre observation des basculements de l'onde S lors des récents tremblements de terre du sud du Kansas fournit pour la première fois la preuve d'une augmentation de la pression interstitielle dans la région à partir des données sismologiques."