I terremoti più forti possono essere indotti dalle acque reflue dei giacimenti petroliferi iniettate nelle profondità del sottosuolo

Gli scienziati del Virginia Tech hanno scoperto che nelle aree in cui lo smaltimento delle acque reflue nei giacimenti petroliferi è molto diffuso e dove l’acqua iniettata ha una maggiore densità rispetto ai fluidi naturali in profondità, i terremoti stanno diventando più profondi allo stesso ritmo dei pozzi delle acque reflue. Ma forse quel che è più grave è che il team di geoscienziati ha scoperto che la percentuale dei terremoti di alta magnitudo aumenta con la profondità e potrebbe creare, sebbene in numero minore, terremoti di magnitudo più alta anni dopo che i ritmi di iniezione diminuiscono o si arrestano del tutto.

Lo studio, guidato da Ryan M. Pollyea del Dipartimento di Geoscienze del Virginia Tech College, è stato pubblicato su Nature Communications. Lo studio dimostra che in aree come Oklahoma e Kansas meridionale ci sono le prove che le acque reflue dei giacimenti petroliferi iniettate nel sottosuolo nella formazione di Arbuckle hanno una densità molto più alta rispetto ai fluidi naturali nelle faglie più profonde della zona sismogenetica. Il problema è che le acque reflue sprofondano e aumentano la pressione dei fluidi nelle profondità del sottosuolo quando hanno una densità maggiore rispetto ai fluidi che sono già presenti naturalmente. I cambiamenti di pressione fino a profondità pari o superiori a 8km possono causare terremoti di alta magnitudo anche se il numero complessivo di terremoti sta diminuendo.

“I terremoti ora sono comuni negli Stati Uniti centrali dove il numero di terremoti di magnitudo pari o superiore a 3 è aumentato da circa 19 all’anno prima del 2008 ad oltre 400 all’anno”, ha dichiarato Pollyea, professore assistente di geoscienze e direttore del Computational Geofluids Laboratory del Virginia Tech. Pollyea sottolinea anche che il tasso generale di terremoti all’anno è in diminuzione dal 2016. “In molti casi, questi terremoti si verificano quando le acque reflue dei giacimenti petroliferi sono smaltite pompandole nelle formazioni geologiche in profondità. Quando le acque reflue vengono iniettate nelle profondità del sottosuolo, la pressione del fluido si accumula e migra lontano dai pozzi di iniezione. Questo destabilizza le faglie e causa terremoti “indotti dall’iniezione”, come il distruttivo terremoto di magnitudo 5.8 che ha colpito Pawnee, Oklahoma, nel 2016”, ha aggiunto.

Pollyea è autore dello studio insieme a Martin Chapman, professore associato di geoscienze e direttore del Virginia Tech Seismological Observatory, e Richard S. Jayne e Hao Wu, entrambi studenti al Virginia Tech. Lo studio ha utilizzato la modellazione computazionale e l’analisi dei dati dei terremoti di un’ampia area del nord dell’Oklahoma e del Kansas meridionale, circa 78.000km². “Questo è stato un risultato sorprendente. Suggerisce che le acque reflue che affondano aumentano la pressione del fluido a profondità maggiori e possono causare terremoti più grandi”, ha detto Chapman. Analizzando i dati sismici, i ricercatori hanno scoperto che il numero di terremoti di magnitudo superiore a 4 è aumentato di oltre il 150% dal 2017 al 2018, mentre il numero di terremoti di magnitudo pari o superiore a 2.5 è diminuito del 35% durante lo stesso periodo. In poche parole, il numero complessivo di terremoti sta iniziando a diminuire, ma la percentuale di terremoti di magnitudo maggiore sta aumentando.

“I nostri modelli mostrano che le acque reflue ad alta densità possono continuare a sprofondare e ad aumentare la pressione del fluido a profondità di 8km o più per 10 o più anni dopo la fine dell’iniezione. C’è una proporzione più grande di terremoti di alta magnitudo a profondità superiori a 8km nell’Oklahoma centro-settentrionale e nel Kansas meridionale, ma ci sono meno terremoti complessivi a queste profondità. Questo implica che il tasso dei terremoti di alta magnitudo sta diminuendo più lentamente rispetto al tasso dei terremoti complessivi”, ha spiegato Pollyea.

Lo studio ha anche svelato che la pressione del fluido causata dalle acque reflue che sprofondano rimane nell’ambiente molto più a lungo di quanto si pensasse in precedenza. “I nostri modelli dimostrano che le acque reflue ad alta densità continuano a sprofondare e aumentare la pressione del fluido per 10-15 anni dopo la fine dell’iniezione, e questo potrebbe prolungare il pericolo di terremoti in aree come Oklahoma e Kansas”, ha aggiunto Pollyea. È importante notare che Pollyea e colleghi non stanno dicendo che tutte le operazioni di smaltimento delle acque reflue dei giacimenti petroliferi causano terremoti, né stanno prevedendo un terremoto grande e potenzialmente distruttivo nell’area del Midwest. Né questo studio indica che l’accumulo di pressione guidato dalla densità si verifichi ovunque ci siano operazioni di acque reflue dei giacimenti petroliferi.

Dagli anni ’60, i ricercatori sanno che pompare fluidi nelle profondità del sottosuolo può innescare terremoti, dice Pollyea, ma questo studio è il primo a dimostrare che la densità delle acque reflue gioca un ruolo nell’evento sismico. Più pesante è il fluido, più grande sarà l’effetto dello spostamento dei fluidi naturali e il cambiamento di pressione del fluido. “I precedenti modelli di pressione interstiziale hanno ipotizzato che la densità dei fluidi iniettati sia la stessa di quella nelle rocce ospiti, ma il mondo reale li contraddice, e i fluidi iniettati sono spesso più pesanti. Questo studio esamina l’effetto dei fluidi più pesanti sulla pressione interstiziale e di conseguenza sui terremoti indotti. I fluidi iniettati più pesanti hanno la tendenza a migrare verso il basso che, è interessante notare, tiene traccia del verificarsi dei terremoti”, ha dichiarato Shemin Ge, professore e presidente del Dipartimento di Scienze Geologiche dell’Università del Colorado, che non è coinvolto nello studio.

Il nuovo studio offre a scienziati, legislatori e decisori politici un nuovo quadro per la gestione dello smaltimento delle acque reflue dei giacimenti petroliferi e dell’associato pericolo di terremoti, secondo il team di ricerca. In posti come l’Oklahoma, dove sono in corso misure di mitigazione dei terremoti, i risultati di questo studio potrebbero essere particolarmente importanti perché la combinazione della pressione dei fluidi, persistente e in approfondimento, suggerisce che il tasso di terremoti di alta magnitudo sta probabilmente diminuendo più lentamente rispetto al tasso dei terremoti complessivi.