Магнитуды сейсмических событий, индуцированных инжекциями флюидов в земной коре

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

На основе обобщения эмпирических данных и теоретических зависимостей получены уравнения, связывающие верхнюю границу максимальной магнитуды землетрясений и объем инжекций флюидов при закачке воды, суперкритического СО2 и магматической деятельности, предшествующей извержениям вулканов.

Уравнения могут быть использованы для прогноза триггерной сейсмичности при добыче сланцевого газа и нефти, создании систем для извлечения геотермальной энергии, захоронении суперкритического СО2, а также для оценки объемов инжекции магмы, предшествующих извержениям вулканов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Кирюхин

Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: AVKiryukhin2@mail.ru
Россия, бульвар Пийпа, 9, Петропавловск-Камчатский, 683006

Y. Fujii

Университет Хоккайдо

Email: AVKiryukhin2@mail.ru

Инженерный факультет

Япония, N13W8, Саппоро, 060-8628

B. A. Alam

Военный институт науки и технологий

Email: AVKiryukhin2@mail.ru

Горно-нефтяной отдел, Факультет гражданского инжиниринга

Бангладеш, Дакка, 1216

Е. В. Черных

Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН

Email: AVKiryukhin2@mail.ru
Япония, бульвар Пийпа, 9, Петропавловск-Камчатский, 683006

Список литературы

  1. Belousov A., Belousova M., Edwards B. et al. Overview of the precursors and dynamics of the 2012–2013 basaltic fissure eruption of Tolbachik Volcano, Kamchatka, Russia // J. of Volcanol. and Geotherm. Res. 2015. № 307. P. 22–37.
  2. Block L., Wood C., Yeck W., King V. The 24 January 2013 ML 4.4 Earthquake near Paradox, Colorado and Its Relation to Deep Well Injection // Seism. Res. Lett. 2014. V. 85. № 3. P. 609‒624. doi: 10.1785/0220130188
  3. British Geological Survey web site, http://earthquakes.bgs.ac.uk/research/earthquake_hazard_shale_gas.html (browsed on October 20, 2015).
  4. Cappa F., Rutqvist J. Impact of CO2 Geological Sequestration on the Nucleation of Earthquakes // Geophys. Res. Lett. 2011. V. 38. DOI: 10/1029/2011GL048487
  5. Cappa F., Rutqvist J. Seismic Rupture and Ground Accelerations Induced by CO2 Injection in the Shallow Crust // Geophys. J. Int. 2012. V. 190. № 3. P. 1784‒1789.
  6. Convertito V., Maercklin L., Sharma N., Zollo A. From Induced Seismicity to Direct Time-Dependent Seismic Hazard // Bull. Seism. Soc. Am. 2012. V. 102. № 6. P. 2563‒2573. doi: 10.1785/0120120036
  7. Cladouhos T., Petty S., Foulger G., Julian B., Fehler M. Injection Induced Seismicity and Geothermal Energy // GRC Transactions. 2010. V. 34. P. 1213‒1220.
  8. Coppola D., Laiolo M., Massimetti F., Hainzl S., Shevchenko A.V., Mania R., Shapiro N., Walter T.R. Thermal remote sensing reveals communication between volcanoes of the Klyuchevskoy Volcanic Group // Scientific Reports. 2021. V. 11(1). P. 1‒16.
  9. Dieterich J.H., Richards-Dinger K.B., Kroll K.A. Modelling Injection-Induced Seismicity with the Physics-based Earthquake Simulator RSQSim // Seism. Res. Lett. 2015. V. 86. № 4. P. 1102‒1109. doi: 10.1785/0220150057
  10. Elsworth W. Are Seismicity Rate Changes in the Midcontinent Natural or Manmade? San Diego: Proc. SSA Meeting, 2012.
  11. Foulger G.R., Wilsona M.P., Gluyasa J.G., Juliana B.J., Daviesb R.J. Global review of human-induced earthquakes // Earth-Science Rev. 2018. V. 178. P. 438–514.
  12. Gan E., Frohlich C. Gas injection may have triggered earthquakes in the Cogdell oil field, Texas // PNAS. 2013. V. 110. № 47. P. 18786‒18791.
  13. Grigoli F., Cesca S., Rinaldi A.P., Manconi A., López-Comino J.A., Clinton J.F., Westaway R., Cauzzi C., Dahm T., Wiemer S. The November 2017 Mw 5.5 Pohang earthquake: A possible case of induced seismicity in South Korea // Science. 2018. V. 360. № 6392. P. 1003‒1006.
  14. Healy J.H., Rubey W.W., Griggs D.T., Raleigh C.B. The Denver Earthquakes // Science. New Series. 1968. V. 161. № 3848. P. 1301‒1310.
  15. Holland A. Earthquakes Triggered by Hydraulic Fracturing in South-Cebtral Oklahoma // Bull. Seism. Soc. Am. 2013. V. 103. № 3. P. 1784‒1792. doi: 10.1785/0120120109
  16. Horton S. Disposal of Hydrofracking Waste Fluid by Injection into Subsurface Aquifers Triggers Earthquake Swarm in Central Arkansas with Potential for Damaging Earthquake // Seism. Res. Lett. 2012. V. 83. № 2. P. 251‒260.
  17. Hubbert M.K., Rubey W.W. Role of Fluid Pressure in Mechanics of Overthrust Faulting // Bull. Geol. Soc. Am. 1959. V. 70. P. 115‒186.
  18. JOGMEC Web Site, http://www.jogmec.go.jp/library/recommend_library_10_000037.html (browsed on Oct. 15, 2015 in Japanese)
  19. Kaven J.O., Hickman S.H., McGarr A.F., Ellsworth W.L. Surface Monitoring of Microseismcity at the Decatur. Illinois, CO2 Sequestration Demonstration Site // Seism. Res. Lett. 2015. V. 86. № 4. P. 1096‒1101. doi: 10.1785/0220150062
  20. Keranen K.M., Savage H., Atekwana E., Cochran E., Sumy D., Rubinstein J., Kaven J. Foreshock and Aftershock Sequences of the 2011 M5.6 Oklahoma, Earthquake, 2012 // Proc. SSA Meeting. San Diego, 2012.
  21. Kiryukhin A.V., Polyakov A.Y., Voronin P.O., Zhuravlev N.B., Usacheva O.O., Solomatin A.V., Kiryukhin P.A. Magma Fracking and Production Reservoirs Beneath and Adjacent to Mutnovsky Volcano Based on Seismic Data and Hydrothermal Activity // Geothermics. 2022. V. 105. 102474.
  22. Kocharyan G.G. Nucleation and Evolution of Sliding in Continental Fault Zones under the Action of Natural and Man-Made Factors: A State-of-the-Art Review July 2021 // Izvestiya Physics of the Solid Earth. 2021. V. 57(4). P. 439‒473.
  23. Ladner F., Häring M.O. Hydraulic Characteristics of the Basel 1 Enhanced Geothermal System // Geothermal Resources Council Transactions. 2009. V. 33. P. 199‒203.
  24. Lamontagne M., Hammamji Y., Tournier J.P., Woodgold C. Reservoir-induced Earthquakes at Sainte-Marguerite-3, Quebec, Canada, Canadian // Journal of Earth Sciences. 2006. V. 43. № 2. P. 135‒146. doi: 10.1139/E05-108
  25. Li Z., Eaton D., Davidsen J. Short-term forecasting of Mmax during hydraulic fracturing // Scientific Reports. 2022. V. 12. 12509. https://doi.org/10.1038/s41598-022-15365-6
  26. Lleons A.L., Michael A.J. Statistical Modeling of Seismicity Rate Changes in Oklahoma, 2012 // Proc. SSA Meeting. San Diego, 2012.
  27. McGarr A. Moment Tensor of Ten Witwatersrand Mine Tremors // PAGEOPH. 1992. V. 139. № 3/4. P. 781‒800.
  28. McGarr A. Maximum Magnitude Earthquakes Induced by Fluid Injection // J. Geophys. Res.: Solid Earth. 2014. V. 119. P. 1008‒1019.
  29. MIT Energy Initiative, The Future of Natural Gas – An Interdisciplinary MIT Study, 2011, http://mitei.mit.edu/publications/reports-studies/future-natural-gas30
  30. Nicol A., Carne R., Gerstenberger M., Christophersen A. Induced seismicity and its implications for CO2 storage risk // Energy Procedia. 2011. V. 4. P. 3699‒3706.
  31. Nicolas C., Michel F., Catherine D., Marco C. Induced Microseismic Activity During Recent Circulation Tests at the EGS Site of Soultz-Sous-Forest (France), 2011, Proc. Thirty-Sixth Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford, California, 31 January‒2 February 2011. Stanford: Stanford University, 2011. SGP-TR-191.
  32. Nishigami K., Tadokoro K., Nagai S., Mizuno T., Kanoh Y., Hiramatsu Y. Induced Seismicity by Injecting Water // Journal of Geology in Japanese. 2002. V. 111. N. 2. P. 268‒276.
  33. Nishimoto S., Kiyama T., Zhang Y., Kumakura S., Ishijima Y. Change in Mechanical Properties and Elastic Wave Velocity of Mudstone in Otashiro seam, Kazusa Group in Japan due to Supercritical CO2 Injection, 2007 in Japanese // Proc. Annual Spring Meeting of Hokkaido Branch, MMIJ, A-10. 2007. P. 19‒20.
  34. Pruess K. ECO2N: A TOUGH2 Fluid Property Module for Mixtures of Water, NaCl, and CO2 LBNL-57952. 2005. 66 p.
  35. Rastogi B.K., Mandal P., Kumar N. Seismicity around Dhamni Dam, Maharashtra, India // PAGEOPH. 1997. V. 150. N. 3‒4. P. 493‒509.
  36. Sato K., Fujii Y. Induced Seismicity Associated with Longwall Coal Mining // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. 1988. V. 25. N. 5. P. 253‒262.
  37. Shen B., King A., Guo H. Displacement, Stress, and Seismicity ion Roadways Roofs during Mining-induced Failure // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 2008. V. 45. P. 672‒688.
  38. Shirezaei M., Ellsworth W.L., Tiampo K.F., González P.J., Manga M. Surface Uplift and Time-dependent Seismic Hazard due to Fluid Injection in Eastern Texas // Science. 2016. V. 353. P. 1416‒1419.
  39. Sigmundsson F., Hooper A., Hreinsdoґttir S. et al. Segmented Lateral Dyke Growth in a Rifting Event at Bárðarbunga Volcanic System, Iceland // Nature. 2015. V. 517. P. 191‒194.
  40. Schultz R., Skoumal R.J., Brudzinski M.R., Eaton D., Baptie B., Ellsworth W. Hydraulic fracturing‐induced seismicity // Rev. of Geophys. 2020. 58. e2019RG000695.
  41. Statoil Web Site, http://www.secarbon.org/wp-content/uploads/2011/05/Hagen.pdf (browsed on Oct. 20, 2015)
  42. United States Geological Survey Web Site, Search Earthquake Archives, http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/ search/ (browsed on Sept. 8, 2016)
  43. United States Geological Survey Web Site, http://earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/nc72282711# general_summary (browsed on Oct. 20, 2015)
  44. Zoback M.D. Earthquake Risk Associated with Shale Gas Development and Carbon Sequestration, 2013 // Proc. the 6th Int. Symp. In-Situ Rock Stress (RS2013 Sendai), 20‒22 August 2013. Sendai, Japan, 2013.
  45. Zoback M.D., Harjes H.-P. Injection Induced Earthquakes and Crustal Stress at 9 km depth at the KTB Deep Drilling Site, Germany // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. № B8. P. 18477‒18491.
  46. Zoback M.D., Gorelick S.M. Earthquake triggering and large-scale geologic storage of carbon dioxide // PNAS. 2012. V. 109. № 26. P. 10164‒10168.
  47. Zoback M.D. Reservoir Geomechanics. Cambridge: University Press, 2010. 461 p.
  48. Zoller G., Holshneider M. Induced Seismicity: What is the Size of the Largest Expected Earthquake? // Bull. Seism. Soc. Ame. 2014. V. 104. № 6. P. 3153‒3158.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Теоретические зависимости и экспериментальные данные, связывающие объем закачиваемого флюида V (м3) и максимальную магнитуду Mw(max) триггерного сейсмического события. Легенда: A-I – экспериментальные данные по инжекции воды (см. табл. 1); 7 – теоретическая зависимость для воды, уравнение (7); J-K – экспериментальные данные по инжекции scCO2 (см. табл. 1); 8 – теоретическая зависимость для scCO2, уравнение (8); N-R ‒ данные по объемам извержений вулканов (см. табл. 1); 9 ‒ теоретическая зависимость для магмы, уравнение (9); Model – результаты CFRAC-моделирования инжекции магмы в сдвиговую трещину в основании Мутновского вулкана [Kiryukhin et al., 2022, вариант #10, Table 3].

Скачать (314KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах