Khi con người bơm một lượng lớn chất lỏng vào lòng đất, họ có thể gây ra những trận động đất có khả năng gây thiệt hại, tùy thuộc vào địa chất bên dưới. Điều này đã xảy ra ở một số khu vực sản xuất dầu và khí đốt, nơi nước thải, thường trộn với dầu, được xử lý bằng cách bơm ngược vào lòng đất - một quá trình đã gây ra các sự kiện địa chấn lớn trong những năm gần đây.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu của MIT, làm việc với một nhóm các nhà khoa học liên ngành từ các ngành công nghiệp và học viện, đã phát triển một phương pháp để quản lý các cơn địa chấn do con người gây ra, và đã chứng minh rằng kỹ thuật này đã làm giảm thành công số lượng các trận động đất xảy ra ở một mỏ dầu đang hoạt động.

Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature, có thể giúp giảm thiểu các trận động đất do ngành dầu khí gây ra, không chỉ từ việc bơm nước thải sản xuất từ ​​dầu, mà còn tạo ra từ quá trình nứt vỡ thủy lực. Cách tiếp cận của nhóm cũng có thể giúp ngăn chặn các trận động đất từ ​​các hoạt động khác của con người, chẳng hạn như lấp đầy các hồ chứa nước và tầng chứa nước, cũng như cô lập carbon dioxide trong các hồ tạo địa chất sâu.

Cả động đất tự nhiên và động đất do con người gây ra đều xảy ra dọc theo các đứt gãy địa chất hoặc đứt gãy giữa hai khối đá trong vỏ Trái đất. Trong thời kỳ ổn định, các tảng đá ở hai bên đứt gãy được giữ cố định bởi áp lực tạo ra của các tảng đá xung quanh. Nhưng khi một lượng lớn nước được bơm đột ngột với tốc độ cao, nó có thể làm đảo lộn cân bằng ứng suất chất lỏng của lỗi. Trong một số trường hợp, lực bơm đột ngột này có thể bôi trơn một lỗi và khiến đá ở hai bên bị trượt và gây ra động đất.

Nguồn phổ biến nhất của việc bơm chất lỏng như vậy là từ việc xử lý nước thải cùng với dầu của ngành công nghiệp dầu khí. Các nhà khai thác hiện trường xử lý nước này thông qua các giếng bơm liên tục nước trở lại lòng đất với áp suất cao.

Trong những năm gần đây, một vấn đề tương tự đã xảy ra ở miền nam nước Ý, nơi các giếng bơm trên các mỏ dầu do Eni vận hành đã kích hoạt các vi sai lệch trong khu vực từng xảy ra các trận động đất lớn tự nhiên trước đây. Công ty, đang tìm cách giải quyết vấn đề, đã tìm kiếm sự đồng thuận của Hager và Juanes, cả hai chuyên gia hàng đầu về địa chấn và dòng chảy dưới bề mặt.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng thông tin chi tiết, được tích lũy bởi công ty dầu mỏ qua nhiều năm hoạt động tại mỏ dầu Val D’Agri, một khu vực miền nam nước Ý nằm trong một bồn địa hoạt động kiến ​​tạo. Dữ liệu bao gồm thông tin về hồ sơ động đất của khu vực, có từ những năm 1600, cũng như cấu trúc của đá và đứt gãy, và trạng thái của lớp dưới bề mặt tương ứng với các tốc độ phun khác nhau của mỗi giếng.

Các nhà nghiên cứu đã tích hợp những dữ liệu này vào một mô hình lưu lượng dưới bề mặt và mô hình địa cơ kết hợp, dự đoán ứng suất và biến dạng của các cấu trúc dưới lòng đất phát triển như thế nào khi thể tích của chất lỏng rỗng, chẳng hạn như từ việc bơm nước, thay đổi. Họ kết nối mô hình này với mô hình cơ học động đất để chuyển những thay đổi về ứng suất dưới lòng đất và áp suất chất lỏng thành khả năng gây ra động đất. Sau đó, họ định lượng tốc độ động đất liên quan đến các tốc độ bơm nước khác nhau, và xác định các kịch bản không có khả năng gây ra các trận động đất lớn.

Khi họ chạy các mô hình sử dụng dữ liệu từ năm 1993 đến năm 2016, các dự đoán về hoạt động địa chấn khớp với hồ sơ động đất trong thời gian này, xác thực cách tiếp cận của họ. Sau đó, họ chạy các mô hình về phía trước trong thời gian đến năm 2025, để dự đoán phản ứng địa chấn của khu vực với ba tốc độ phun khác nhau: 2.000, 2.500 và 3.000 mét khối mỗi ngày. Các mô phỏng cho thấy có thể tránh được những trận động đất lớn nếu các nhà khai thác giữ tốc độ phun ở mức 2.000 mét khối mỗi ngày - một tốc độ dòng chảy tương đương với một vòi chữa cháy công cộng nhỏ.

Các nhà khai thác mỏ Eni đã thực hiện tỷ lệ khuyến nghị của nhóm tại giếng bơm nước duy nhất của mỏ dầu trong khoảng thời gian 30 tháng từ tháng 1 năm 2017 đến tháng 6 năm 2019. Trong thời gian này, nhóm nghiên cứu chỉ quan sát thấy một số sự kiện địa chấn nhỏ, trùng với khoảng thời gian ngắn khi các nhà khai thác đã vượt quá tỷ lệ bơm nước được đề nghị.

Kết quả chứng minh rằng các nhà khai thác có thể quản lý thành công các trận động đất bằng cách điều chỉnh tốc độ bơm, dựa trên địa chất bên dưới. Phương pháp mô hình hóa của nhóm có thể giúp ngăn chặn động đất liên quan đến các quá trình khác, chẳng hạn như việc xây dựng các hồ chứa nước và cô lập carbon dioxide - miễn là có thông tin chi tiết về bề mặt của một khu vực.

ctngoc