Les efforts pour arrêter les tremblements de terre d'origine humaine en fermant les puits d'injection d'eaux usées qui desservent les champs de pétrole et de gaz adjacents peuvent simplifier à l'excès le défi, selon une nouvelle étude de sismologues de la Southern Methodist University, Dallas.

Les sismologues ont analysé une séquence de tremblements de terre à l'aéroport international de Dallas Fort Worth et ont découvert que même si l'injection d'eaux usées avait été interrompue après un an, les tremblements de terre ont continué.

La séquence des séismes a commencé en 2008, et l'injection d'eaux usées a été interrompue en 2009. Mais les tremblements de terre ont continué pendant au moins sept ans.

"Cela nous dit que l'injection à haut volume, même si ce n'est que pour une courte période, lorsqu'il est proche d'un défaut soumis à un stress critique, peut induire une sismicité de longue durée, " a déclaré le sismologue de la SMU Paul O. Ogwari, qui a développé une méthode unique d'analyse des données qui a donné les résultats de l'étude.

Les tremblements de terre peuvent continuer même maintenant, dit Ogwari, dont l'analyse s'est prolongée jusqu'en 2015.

Les résultats de l'étude indiquent que la fermeture des puits d'injection en réaction aux tremblements de terre, comme le font certains États comme l'Oklahoma et l'Arkansas, peut ne pas avoir l'effet souhaité d'arrêter immédiatement d'autres tremblements de terre, a déclaré la sismologue Heather DeShon, co-auteur de l'étude et professeur agrégé au département des sciences de la Terre de la SMU.

"La séquence du tremblement de terre de DFW a commencé à Halloween en 2008, avant que les taux de sismicité de l'Oklahoma n'aient considérablement augmenté, " a déclaré DeShon. " Cette étude revisite ce qui était techniquement la toute première séquence de tremblement de terre induite moderne dans cette région et montre que même si l'injecteur d'eaux usées dans ce cas avait été fermé très rapidement, l'activité d'injection perturbait encore le défaut, de sorte que cela a généré des tremblements de terre même sept ans plus tard."

Ce phénomène n'est pas inconnu. Les sismologues ont vu ce type de réponse sismique à partir d'une vague de tremblements de terre d'origine humaine dans le Colorado après l'injection d'eaux usées dans les années 1960 à l'arsenal des montagnes Rocheuses près de Denver. De même dans ce cas, l'injection a été commencée et arrêtée, mais les tremblements de terre ont continué.

Une telle possibilité n'a pas été bien comprise en dehors des cercles scientifiques, dit DeShon. Elle est membre de l'équipe de sismologie SMU qui a étudié et publié de manière approfondie leurs découvertes scientifiques liées à la vague inhabituelle de tremblements de terre d'origine humaine dans le nord du Texas.

"La perception est que si les injecteurs d'eaux usées de pétrole et de gaz conduisent à cela, alors vous devriez juste fermer les puits d'injection, " a déclaré DeShon. " Mais l'étude de Paul montre qu'il y a beaucoup à apprendre sur la physique du processus, et en surveillant continuellement pendant des années."

Ogwari, DeShon et son collègue sismologue Matthew J. Hornbach ont rapporté les résultats dans le rapport Journal de recherche géophysique dans l'article « La séquence du tremblement de terre de l'aéroport de Dallas-Fort Worth :la sismicité au-delà de la période d'injection ».

Plus de 400 tremblements de terre connus à l'aéroport de DFW

Les groupes de tremblements de terre sans précédent de l'aéroport DFW ont été les premiers à être documentés dans l'histoire du système géologique riche en pétrole de la région du nord du Texas, connu sous le nom de bassin de Fort Worth. Les séismes sont également la première d'une série de multiples séquences dans le bassin liées à l'élimination souterraine à grande échelle de fluides résiduaires provenant des opérations pétrolières et gazières.

Les tremblements de terre de l'aéroport DFW ont commencé en 2008, tout comme l'injection d'eaux usées à grand volume de saumure. La majeure partie de l'activité sismique s'est produite au cours des deux premiers mois après le début de l'injection, principalement dans un rayon de 0,62 mille, ou 1 kilomètre, du puits. D'autres grappes ont ensuite migré plus au nord-est du puits au cours des sept années suivantes. Les séismes ont été déclenchés sur une faille régionale préexistante qui s'étend sur 3,7 milles, ou 6 kilomètres, nord-est au sud-ouest.

Ogwari, chercheur post-doctoral au SMU Roy M. Huffington Earth Sciences Department, analysé des années de données sismiques existantes de la région pour approfondir la séquence de l'aéroport DFW, qui a totalisé 412 tremblements de terre jusqu'en 2015.

En regardant les données de ces tremblements de terre, Ogwari a découvert qu'ils avaient continué pendant au moins sept ans en 2015 le long de 80% de la faille, même si l'injection a été arrêtée après seulement 11 mois en août 2009.

Le taux de tremblements de terre a diminué, mais l'ampleur n'a jamais diminué

Dans une autre conclusion importante de l'étude, Ogwari a constaté que la magnitude des tremblements de terre de l'aéroport DFW ne diminuait pas avec le temps, mais au lieu de cela, il est resté stable. La magnitude variait de 0,5 à 3,4, la plus importante survenant trois ans après l'arrêt de l'injection dans le puits.

"Ce que nous avons vu ici, c'est que la magnitude est constante dans le temps à l'intérieur de la faille, " a déclaré Ogwari. " Nous nous attendons à voir les événements les plus importants pendant l'injection ou immédiatement après l'injection, suivi d'une chute brutale. Mais au lieu de cela, nous voyons la faille continuer à produire des tremblements de terre avec des magnitudes similaires à celles que nous avons vues lors de l'injection."

Alors que le taux de tremblements de terre a diminué, il y a eu 23 événements par mois de 2008 à 2009, mais seulement 1 événement par mois après mai 2010—l'ampleur est restée la même. Cela indique que le défaut ne guérit pas complètement.

"Nous ne savons pas pourquoi, " a déclaré Ogwari. "Je pense que c'est une question qui existe et qui peut nécessiter plus de recherches."

Plus de surveillance nécessaire pour les tremblements de terre d'origine humaine

Répondant à cette question, et d'autres, sur les caractéristiques complexes et le comportement des failles et des séismes, nécessite une surveillance plus poussée qu'il n'est actuellement possible compte tenu des fonds alloués à la surveillance des séismes.

La surveillance des failles implique des stations stratégiquement placées qui « écoutent » et enregistrent des ondes d'énergie intense résonnant dans le sol, a dit DeShon.

Le bassin de Fort Worth comprend les schistes de Barnett, une importante formation géologique productrice de gaz, au sommet de la formation profonde d'Ellenberger utilisée pour le stockage des eaux usées, qui recouvre une couche de socle de granit. L'ancien système de failles de l'aéroport s'étend à toutes les unités.

La friction a empêché la faille de glisser pendant des millions d'années, mais en 2008, des volumes importants d'eaux usées injectées ont perturbé la faille de l'Aéroport. Cela a fait glisser la faute, libérant l'énergie emmagasinée dans les vagues. Les vagues les plus puissantes étaient « ressenties » alors que la terre tremblait.

"Les équations physiques détaillées reliant les processus d'eaux usées aux processus de défaillance sont encore un peu une question, " a déclaré DeShon. " Mais généralement l'hypothèse privilégiée est que le fluide injecté modifie suffisamment la pression pour modifier le rapport de la contrainte vers le bas sur les contraintes horizontales, qui permet à la faute de glisser."?

Les tremblements de terre dans le nord du Texas étaient inédits jusqu'en 2008, alors quand ils ont commencé à se faire sentir, les sismologues se sont précipités pour installer des moniteurs. Quand les tremblements se sont calmés, les stations de surveillance ont été supprimées.

« Dans l'état actuel des choses, nous manquons le début des tremblements de terre. Les moniteurs sont retirés lorsque les tremblements de terre cessent de se faire sentir, " a déclaré DeShon. "Mais cette étude nous dit qu'il y a plus que les tremblements de terre « ressentis ». Nous devons savoir comment les séquences commencent, et aussi comment ils finissent. Si jamais nous comprenons ce qui se passe, nous avons besoin du commencement, le milieu et la fin. Pas seulement le milieu, après qu'ils aient été ressentis."

Méthode innovante exploitée pour étudier l'activité sismique

Les moniteurs installés par l'équipe SMU à l'aéroport de DFW ont été retirés lorsque l'activité sismique semblait s'être arrêtée en 2009.

Ogwari a émis l'hypothèse qu'il pourrait examiner les données historiques des stations de surveillance distantes encore en place pour extraire des informations et documenter l'histoire des tremblements de terre de l'aéroport DFW.

Les stations éloignées font partie du réseau permanent américain surveillé et entretenu par l'U.S. Geological Survey. Le plus proche est à 152 milles, 245 kilomètres, une façon.

Formes d'onde de tremblement de terre, comme les empreintes digitales humaines, sont uniques. Ogwari used the local station monitoring data to train software to identify DFW earthquakes on the distant stations. Ogwari took each earthquake's digital fingerprint and searched through years of data, cross-correlating waveforms from both the near and regional stations and identified the 412 DFW Airport events.

"The earthquakes are small, less than magnitude three, " DeShon said. "So on the really distant stations it's like searching for a needle in a haystack, sifting them from all the other tiny earthquakes happening all across the United States."

Each path is unique for every earthquake, and seismologists record each wave's movement up and down, north to south, and east to west. From that Ogwari analyzed the evolution of seismicity on the DFW airport fault over space and time. He was able to look at data from the distant monitors and find seismic activity at the airport as recent as 2015.

"Earthquakes occurring close in space usually have a higher degree of similarity, " Ogwari said. "As the separation distance increases the similarity decreases."

To understand the stress on the fault, the researchers also modeled the location and timing of the pressure in the pores of the rock as the injected water infiltrated.

For the various earthquake clusters, the researchers found that pore pressure increased along the fault at varying rates, depending on how far the clusters were from the injection well, the rate and timing of injection, and hydraulic permeability of the fault.

The analysis showed pore-pressure changes to the fault from the injection well where the earthquakes started in 2008; at the location of the May 2010 quakes along the fault; and at the northern edge of the seismicity.

Will the DFW Airport fault continue to slip and trigger earthquakes?

"We don't know, " Ogwari said. "We can't tell how long it will continue. SMU and TexNet, the Texas Seismic Network, continue to monitor both the DFW Airport faults and other faults in the Basin."