Untersuchung der Spannungsübertragung über Flüssigkeiten in einer hydraulischen Stimulationsumgebung unter Verwendung seismischer, geodätischer und hydrologischer Beobachtungen in Verbindung mit poroelastischen ModellierungHA 606
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im westkanadischen Sedimentbecken ist die Zahl der Erdbeben, die vermutlich durch die Injektion von Flüssigkeiten bei der unkonventionellen Öl- und Gasförderung ausgelöst werden, in den letzten zehn Jahren drastisch gestiegen. Das Auftreten von Erdbeben der Stärke 4+ im Zusammenhang mit Hydraulische-Stimulation-Operationen im Nordosten von British Columbia und Alberta führt häufig zu vorübergehenden Produktionsstilllegungen und verursacht Sicherheitsbedenken in den örtlichen Gemeinden. Da der detaillierte Entstehungsprozess und die Auslöseschwelle von Erdbeben, die durch Injektionen ausgelöst werden, nach wie vor eine kritische Herausforderung für die Bewertung der seismischen Gefahr und die Schadensbegrenzung darstellen, haben wir beantragt, innovative geophysikalische, hydrogeologische Überwachungstechniken und numerische Methoden einzusetzen, um die Entstehungsprozesse der induzierten Seismizität in unmittelbarer Nähe von Hydraulic-Fracturing- Bohrungen in hoher Auflösung in der Region Kiskatinaw in British Columbia zu untersuchen. Wir installierten ein dichtes Netz von Breitbandseismometern und nutzten Betriebsparameter aus Bohrlochberichten, geodätische Daten und Daten aus Wasserbrunnen, Modellierung und Ansätze der künstlichen Intelligenz, um zeitliche Schwankungen im Zusammenhang mit der Flüssigkeitsinjektion, einschließlich potenzieller Erdbebenvorläufer, zu ermitteln. Die in dieser Arbeit durchgeführte facettenreiche Analyse liefert eine detaillierte Untersuchung der anomal hohen seismischen Reaktion auf die Spannungsstörungen, die mit den Hydraulische- Stimulierungs-Aktivitäten im Gebiet von Kiskatinaw einhergehen. Sie liefert auch eine Interpretation der physikalischen Prozesse, die zu der hohen Anzahl induzierter Erdbeben im Untersuchungsgebiet führten und weiterhin führen. Insbesondere liefern die Ergebnisse überzeugende Beweise dafür, dass die durch die industrielle Tätigkeit in der Untersuchungsregion verursachten Spannungsänderungen eine Schlüsselrolle bei der (Wieder-)Aktivierung des geologisch jüngeren Systems von Streich-Schlupf-Verwerfungen in geringerer Tiefe (vergleichbar mit den Injektionstiefen) spielen, die optimal auf ein Versagen im umgebenden Spannungsfeld ausgerichtet sind. Die Größenordnung der durch die industrielle Tätigkeit verursachten Spannungsänderungen ist gering (z. B. in der Größenordnung der Gezeitenspannungsschwankungen oder noch geringer), was darauf hindeutet, dass die Wechselwirkung von Flüssigkeiten mit geologischen Strukturen - im Gegensatz zu porendruck oder poroelastischen Spannungsänderungen allein - ebenfalls eine Rolle bei der Auslösung von Erdbeben spielen kann. Darüber hinaus könnte die industrielle Aktivität auch mit der (Wieder- )Aktivierung tiefer liegender Abschiebung in Einklang stehen, die während vergangener Grabenbildungen verlegt und in umgekehrter Richtung reaktiviert worden sind. Unsere Arbeit deutet darauf hin, dass die weniger häufigen Verwerfungen in umgekehrter Richtung auch mit einer optimalen Ausrichtung im umgebenden Spannungsfeld vereinbar sind, dass sie in Tiefen nahe dem Grundgebirge auftreten können und dass sie häufig Erdbeben größeren Ausmaßes im Vergleich zu flacheren Schichten beherbergen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Velocity-structure imaging based on seismological observations close to hydraulic fracturing sites near Dawson Creek, northeastern British Columbia (parts of NTS 093P, 094A); in Geoscience BC Summary of Activities 2019: Energy and Water, Geoscience BC, Report 2020-02, p. 33–40.
Roth, M.P.; Harrington, R.M. & Liu, Y.
-
High-Resolution Imaging of Hydraulic-Fracturing-Induced Earthquake Clusters in the Dawson-Septimus Area, Northeast British Columbia, Canada. Seismological Research Letters, 91(5), 2744-2756.
Roth, Marco P.; Verdecchia, Alessandro; Harrington, Rebecca M. & Liu, Yajing
-
Preliminary results of source parameter inversion of earthquake sequences induced by hydraulic fracturing in the Kiskatinaw area, northeastern British Columbia (parts of NTS 093P, 094A); in Geoscience BC Summary of Activities 2020: Energy and Water, Geoscience BC, Report 2021-02, p. 67–80.
Roth, M.P.; Kemna, K.B.; Harrington, R.M. & Liu, Y.
-
Stress Chatter via Fluid Flow and Fault Slip in a Hydraulic Fracturing‐Induced Earthquake Sequence in the Montney Formation, British Columbia. Geophysical Research Letters, 47(14).
Peña, Castro A. F.; Roth, M. P.; Verdecchia, A.; Onwuemeka, J.; Liu, Y.; Harrington, R. M.; Zhang, Y. & Kao, H.
-
Small Magnitude Events Highlight the Correlation Between Hydraulic Fracturing Injection Parameters, Geological Factors, and Earthquake Occurrence. Geophysical Research Letters, 49(21).
Kemna, Kilian B.; Roth, Marco P.; Wache, Ricarda M.; Harrington, Rebecca M. & Liu, Yajing
-
Source Properties of Hydraulic‐Fracturing‐Induced Earthquakes in the Kiskatinaw Area, British Columbia, Canada. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 127(3).
Roth, M. P.; Kemna, K. B.; Harrington, R. M. & Liu, Y.
