Petits tremblements de terre en Ohio, Pennsylvanie, Virginie-Occidentale, L'Oklahoma et le Texas peuvent être liés à des puits de fracturation hydraulique dans ces régions, selon les chercheurs s'exprimant lors de la réunion annuelle de la SSA 2019.

Bien que relativement rares par rapport aux tremblements de terre causés par l'évacuation des eaux usées dans les champs de pétrole et de gaz du centre des États-Unis, Michael Brudzinski de l'Université de Miami dans l'Ohio et ses collègues ont identifié plus de 600 petits tremblements de terre (entre magnitude 2,0 et 3,8) dans ces États.

Brudzinski a déclaré que ces tremblements de terre peuvent être "sous-estimés" par rapport à la sismicité liée à l'élimination des eaux usées, car ils semblent se produire moins fréquemment. Lui et ses collègues étudient les tendances liées à la probabilité de sismicité induite par la fracturation hydraulique ou la fracturation hydraulique, ce qui pourrait aider les régulateurs de l'industrie et des États à mieux gérer les pratiques de forage.

Production de pétrole non conventionnel aux États-Unis, qui extrait le pétrole des schistes et des roches compactes en utilisant une variété de techniques de forage, a été liée à une augmentation des tremblements de terre d'origine humaine dans le centre du continent américain pendant près d'une décennie. Les chercheurs qui étudient l'augmentation dans des endroits comme l'Oklahoma pensent que le principal moteur de cette augmentation de la sismicité est l'injection d'eaux usées produites par extraction dans les couches rocheuses, ce qui augmente la pression interstitielle dans les roches et peut affecter les contraintes le long des failles dans les couches sélectionnées pour le stockage.

La fracturation hydraulique utilise un liquide sous pression pour briser ou créer des fissures dans une formation rocheuse à travers laquelle le pétrole et le gaz naturel peuvent s'écouler et être plus facilement extraits.

Dans la moitié orientale de l'Ohio et d'autres parties du bassin des Appalaches, où il y a eu une augmentation spectaculaire de la production de gaz naturel au cours des deux dernières décennies, les puits de fracturation sont plus répandus que les puits d'évacuation des eaux usées, en partie parce que les couches géologiques qui contiennent du pétrole et du gaz ne sont pas aussi humides que dans des endroits comme l'Oklahoma, réduisant le besoin d'évacuation des eaux usées.

Les nombreux puits de fracturation hydraulique dans l'est de l'Ohio ont incité Brudzinski et ses collègues à examiner de plus près si les petits tremblements de terre dans la région pouvaient être liés aux opérations de fracturation hydraulique. « Les puits sont plus espacés lorsqu'ils sont actifs, et il n'y a pas autant d'élimination des eaux usées en cours, " expliqua Brudzinski, "Vous pouvez donc voir un peu plus précisément et directement quand l'évacuation des eaux usées génère de la sismicité et quand la fracturation hydraulique génère de la sismicité dans le bassin des Appalaches."

Les scientifiques ont utilisé une technique appelée appariement de modèles multi-stations, qui balaie des centaines de signaux sismiques pour trouver ceux qui correspondent à l'« empreinte digitale » des tremblements de terre connus. La technique leur a permis de détecter de petits tremblements de terre qui auraient pu être ignorés autrement, et comparer le catalogue plus complet des tremblements de terre dans une région aux informations sur le moment et l'emplacement des opérations régionales de puits de fracturation.

Les sismologues identifient les tremblements de terre comme étant causés par des puits de fracture hydraulique lorsqu'ils sont étroitement liés dans le temps et dans l'espace aux opérations de fracturation. La sismicité liée à la fracturation a également tendance à être différente de la sismicité causée par l'élimination des eaux usées, dit Brudzinski.

"La signature sismique [fracking] quand vous la regardez dans une sorte de chronologie montre ces sursauts de sismicité, des centaines voire des milliers d'événements sur quelques jours ou semaines, et puis c'est à nouveau calme. Vous n'avez pas tendance à voir ce modèle avec l'élimination des eaux usées, " il expliqua.

Brudzinski et ses collègues utilisent maintenant leur ensemble de données de l'Oklahoma pour examiner comment diverses variables pourraient affecter la probabilité de tremblements de terre induits par la fracturation hydraulique, du volume et de la viscosité du liquide injecté à la profondeur des couches rocheuses visées par la fracturation.

"Ce qui nous a le plus marqué, c'est que la profondeur du puits est plus liée à la probabilité de sismicité que ce à quoi nous nous attendions, " a déclaré Brudzinski.

Ce n'est pas seulement plus le puits est profond, plus il est probable qu'il se rapproche du socle rocheux et des failles matures susceptibles de glisser, il a dit, bien que cela puisse encore jouer un rôle dans ces tremblements de terre. Au lieu, la surpression semble avoir une corrélation plus forte avec la sismicité induite par la fracturation hydraulique. La surpression se produit lorsqu'il y a une pression de fluide élevée dans les roches enfouies profondément dans un bassin par de nombreuses couches rocheuses sus-jacentes. "C'est l'une des tendances les plus fortes que nous ayons vues, " a déclaré Brudzinski.

Les chercheurs ont discuté de certaines de leurs découvertes avec des collègues au Canada et en Chine, où la sismicité induite par les opérations de fracturation est étudiée de près. « Nous effectuons ce genre de comparaison internationale pour mieux comprendre les caractéristiques et les tendances principales qui ne sont pas uniquement liées à un emplacement spécifique, " a déclaré Brudzinski.