Обнаружен новый тип землетрясения

Недавно обнаруженные сейсмические события происходят медленнее, чем обычные землетрясения. Их существование подтверждает научную теорию, которая до сих пор не была достаточно обоснована измерениями.

Канадско-немецкая исследовательская группа зафиксировала новый тип землетрясений в Британской Колумбии, Канада. В отличие от обычных землетрясений той же силы, они происходят медленнее и длятся дольше. 

Эти события представляют собой новый тип индуцированных землетрясений, которые были вызваны гидравлическим разрывом пласта - методом, используемым в западной Канаде для добычи нефти и газа. С помощью сети из восьми сейсмических станций, окружающих нагнетательную скважину на расстоянии нескольких километров, исследователи из Геологической службы Канады, Рурского университета Бохума и Университета Макгилла зарегистрировали сейсмические данные примерно 350 землетрясений. Оказалось, что около десяти процентов землетрясений имеют уникальные особенности, свидетельствующие о том, что они происходят медленнее, что ранее наблюдалось в основном в вулканических районах.

Группа под руководством Хонгю Ю - сначала в РУБ, а затем в Канадской геологической службе Канады - и профессора РУБ Ребекки Харрингтон описывает результаты в журнале Nature Communications, опубликованном онлайн 25 ноября 2021 года.

Несколько теорий о происхождении землетрясений

На сегодняшний день исследователи объясняют возникновение землетрясений в процессе гидроразрыва пласта двумя процессами. Первый гласит, что закачиваемая в породу жидкость вызывает повышение давления, достаточно значительное, чтобы создать новую сеть трещин в подповерхностных породах вблизи скважины. В результате увеличение давления может быть достаточно большим, чтобы разжать существующие разломы и вызвать землетрясение. 

Согласно второму способу, повышение давления жидкости при закачке в недра также вызывает упругие изменения напряжения в окружающих породах, которые могут передаваться на большие расстояния. Если изменения напряжения происходят в породах, где существуют разломы, это также может привести к изменениям, которые вызовут скольжение разлома и землетрясение.

Недавно численные модели и лабораторные анализы предсказали процесс на разломах вблизи нагнетательных скважин, который наблюдался и в других местах на тектонических разломах. Этот процесс, называемый асейсмическим скольжением, начинается как медленное скольжение, при котором не выделяется сейсмическая энергия. Медленное скольжение может также вызвать изменение напряжения на близлежащих разломах, что приведет к их быстрому скольжению и землетрясению. 

Отсутствие сейсмической энергии при асейсмическом скольжении и размеры разломов затрудняют его наблюдение в природе. Поэтому исследователям пока не удавалось широко документировать асейсмическое скольжение и связать его с индуцированными землетрясениями. Работа, проведенная в рамках данного исследования, представляет собой косвенное доказательство асейсмической нагрузки и перехода от асейсмического к сейсмическому скольжению.

Модификация процесса гидроразрыва пласта

Немецко-канадская исследовательская группа интерпретирует недавно обнаруженные медленные землетрясения как промежуточную форму обычного землетрясения и асейсмического скольжения - и, таким образом, как косвенное доказательство того, что асейсмическое скольжение также может происходить вблизи скважин. Поэтому исследователи назвали эти события гибридно-частотными волновыми землетрясениями (EHW).

"Если мы поймем, в какой момент недра реагируют на процесс гидроразрыва пласта движениями, которые не приводят к землетрясению и, следовательно, не наносят ущерба поверхности, в идеале мы сможем использовать эту информацию для соответствующей корректировки процедуры закачки", - так описывает одно из следствий исследования Ребекка Харрингтон, руководитель группы гидрогеомеханики в РУБ.

Не все землетрясения распространяются с одинаковой скоростью

"Мы предполагали, что индуцированные землетрясения ведут себя как большинство других землетрясений и имеют примерно одинаковую скорость распространения разрывов - два-три километра в секунду, - объясняет Ребекка Харрингтон. Но, похоже, это не всегда так. В то время как тряска от обычного землетрясения магнитудой 1,5 в наборе данных исследователей утихла примерно через семь секунд, землетрясение EHW той же магнитуды продолжало трястись более десяти секунд.