Dans un article récemment publié, Les géoscientifiques de Virginia Tech ont découvert que l'injection d'eaux usées peu profondes, et non les injections d'eaux usées profondes, peut entraîner une activité sismique profonde généralisée dans les champs de production de pétrole et de gaz non conventionnels.

La saumure est un sous-produit d'eaux usées toxique de la production de pétrole et de gaz. Les foreurs de puits éliminent de grandes quantités de saumure en l'injectant dans des formations souterraines, où son injection peut provoquer des tremblements de terre, selon Guang Zhai, chercheur postdoctoral au Département de Géosciences, fait partie du Virginia Tech College of Science, et chercheur assistant invité à l'Université de Californie, Berkeley.

Les résultats paraissent dans l'édition du 10 mai de la revue Actes de l'Académie nationale des sciences . Rejoindre Zhai sur le papier sont Manoochehr Shirzaei, professeur agrégé de géosciences à Virginia Tech, et Michael Manga, professeur et président du Département des sciences de la Terre et des planètes de Berkeley. Dans l'étude financée par le Département de l'énergie des États-Unis, l'équipe s'est concentrée sur le bassin du Delaware dans l'ouest du Texas, l'un des gisements d'hydrocarbures les plus productifs et non conventionnels des États-Unis.

Depuis 2010, le bassin a connu une augmentation significative de l'injection d'eaux usées peu profonde et une sismicité profonde généralisée, y compris le récent événement de magnitude 5,0 près de Mentone, Texas. La plupart des tremblements de terre étaient relativement faibles, mais certains ont été importants et largement ressentis.

"C'est assez intéressant que l'injection au-dessus de l'épais, le réservoir de schiste global à faible perméabilité peut induire un tremblement de terre dans le sous-sol profond, malgré un raccordement hydraulique minimal, " a déclaré Zhai. " Ce que nous avons découvert, c'est que les contraintes dites poroélastiques peuvent activer les failles du sous-sol, qui provient de l'injection de fluide provoquant la déformation de la roche."

La poroélasticité est l'interaction résultante entre l'écoulement de fluide et les déformations solides au sein d'une formation poreuse, ici du grès. "Cette découverte est importante car elle met les contraintes poroélastiques à l'honneur en tant que principal moteur des tremblements de terre à l'échelle du bassin dans le bassin, " dit Shirzaei, qui est également membre du corps professoral affilié du Virginia Tech Global Change Center.

Encore, la prédiction de la quantité d'activité sismique provenant de l'injection d'eaux usées est problématique car elle implique de nombreuses variables, dont l'un est la profondeur d'injection, dit Zhai. Bien qu'il soit bien connu que l'augmentation de la pression du fluide due à l'injection profonde est la principale raison de l'augmentation récente de la sismicité dans le centre et l'est des États-Unis, on peut encore se demander comment les injections peu profondes provoquent des tremblements de terre.

Au cours de l'étude, l'équipe a examiné comment des quantités variables de saumure injectée ont perturbé les contraintes crustales profondément sous le bassin du Delaware et comment ces perturbations conduisent à des tremblements de terre sur une faille donnée. Ajouté Zhai, "Les fluides tels que la saumure et les eaux souterraines naturelles peuvent à la fois être stockés et se déplacer à travers des roches poreuses."

Le trio a utilisé l'analyse de données et la modélisation informatique pour imiter le grand volume d'extraction de fluide des réservoirs de schiste de plus de 1, 500 puits de production de schiste de 1993 à 2020, avec 400 puits injectant de la saumure dans les formations gréseuses de 2010 à 2020. Pour rendre le scénario réaliste, le modèle comprenait les propriétés mécaniques des roches du bassin du Delaware, dit Shirzaei.

L'équipe a découvert que les tremblements de terre à l'échelle du bassin se produisent principalement là où la contrainte profonde augmente en raison d'une injection peu profonde. Cela signifie qu'il existe un lien de causalité entre les séismes profonds et l'injection de fluide peu profonde via un transfert de contrainte élastique.

"Le changement de contrainte en profondeur est sensible aux propriétés de l'aquifère peu profond, en particulier la diffusivité hydraulique, qui décrit la facilité d'écoulement du fluide en milieu poreux, " a déclaré Manga. " Une question à se poser est de savoir pourquoi certaines zones qui accueillent de nombreuses injections peu profondes manquent de sismicité. Notre approche offre un moyen d'étudier d'autres facteurs importants qui contrôlent les tremblements de terre induits."

En plus des interventions humaines, les paramètres tectoniques eux-mêmes aident également à prédéterminer la magnitude et la probabilité du séisme, dit Shirzaei. Cette étude et les travaux futurs fourniront un moyen viable d'évaluer les risques sismiques induits, combinant facteurs naturels et humains. L'objectif ultime :minimiser les risques liés à l'élimination des eaux usées lors de la production de gaz naturel jusqu'à long terme, les technologies des énergies renouvelables deviennent accessibles à tous.

« Alors que les futures demandes d'énergie augmentent à l'échelle mondiale, faire face à l'énorme quantité d'eaux usées coproduites reste un défi, et l'injection peu profonde sûre pour l'élimination est plus rentable que l'injection profonde ou le traitement de l'eau, " a déclaré Zhai. "Nous espérons que le mécanisme que nous trouvons dans cette étude peut aider les gens à repenser la façon dont les tremblements de terre induits sont causés, en aidant éventuellement à mieux les comprendre et à atténuer leurs dangers. »