لرزه‌خیزی القایی در میادین نفتی و گاز

در ایران در تعدادی از مخازن نفتی، تزریق گاز طبیعی صورت می‌گیرد که تقریباً تمامی این میادین در محدوده عملیاتی شرکت ملی مناطق نفت‌خیز جنوب قرار دارند. لازم به ذکر است که تقریباً کل گاز تزریقی به مخازن در زمان مورد نیاز قابل‌استحصال است و برخلاف دیگر روش‌های سیال تزریقی، یک هزینه‌کرد به‌شمار نمی‌رود بلکه مخازن نفتی همانند مخازن ذخیره گاز نیز عمل می‌کنند. لذا به‌لحاظ اقتصادی تزریق گازهای هیدروکربوری برای کشور و نسل‌های آتی بسیار مهم است. مطالعات صورت‌گرفته در شرکت ملی مناطق نفت‌خیز جنوب ثابت می‌کند تزریق گاز موجب افزایش ضریب بازیافت نفت در این مخازن به میزان ۹درصد و معادل افزایش ۱۶ میلیارد بشکه نفت از ذخایر قابل‌برداشت است. در برنامه ششم توسعه حدود دو تا سه میلیارد بشکه نفت خام در مخزن‌های گاز طبیعی به‌دام‌افتاده برآورد شد.  

«جلالی»،‌ «معماریان» و «زارع» در پژوهشی که در سال ۱۳۸۶ در دانشکده فنی دانشگاه تهران و پژوهشگاه زلزله انجام شد، نشان دادند در حوضه رسوبی زاگرس لرزه‌خیزی قابل‌تشخیص به‌عنوان زمین‌لرزه‌های القایی در میادین نفت و گاز ثبت شده است. این نوع لرزه‌خیزی بر اثر فعالیت‌هایی از قبیل برداشت از مخزن و یا تزریق سیالات به درون آن به‌وجود می‌آید. در آن بررسی، ابتدا کاتالوگی از زمین‌لرزه‌های رخ‌داده دارای بزرگاهای کوچک -کمتر از ۴- ثبت‌شده در طی سال‌های اخیر، تهیه شد. برای دستیابی به زمین‌لرزه‌های القایی که معمولاً دارای بزرگاهای کوچکی هستند، از تمامی زمین‌لرزه‌های ثبت‌شده توسط یک، دو و بیش از دو ایستگاه استفاده شد. با پردازش داده‌ها و تعیین موقعیت کانون هر زمین‌لرزه ارتباط ما بین آهنگ فعالیت‌های لرزه‌خیزی القایی و فعالیت‌های تزریق سیالات در میادین  شناسایی شد.

 از سوی دیگر، یکی از راه‌های کاهش سطوح بالای CO2 اتمسفر -از عوامل اصلی گرم شدن کره زمین- ذخیره آن در زیر زمین در فرایندی به‌نام ترسیب کربن است. این فرآیند شامل تزریق سیال CO2 به حفره‌های زیرزمینی است که برخی از دانشمندان معتقدند می‌تواند منجر به زلزله شود.

ترسیب کربن که به‌عنوان جذب و ذخیره کربن (CCS) نیز شناخته می‌شود، فرایندی است که برای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای با جذب دی‌اکسید‌کربن (CO2) از منابعی مانند نیروگاه‌ها و ذخیره آن در زیر زمین در سازندهای زمین‌شناختی طراحی شده است. درحالی‌که این فناوری به‌عنوان یک راه‌حل بالقوه برای کاهش تغییراقلیم در نظر گرفته می‌شود، نگرانی‌هایی در مورد ایمنی آن، به‌ویژه خطر ایجاد فعالیت لرزه‌ای یا زلزله، مطرح شده است.

 لرزه‌خیزی القایی به زمین‌لرزه‌هایی گفته می‌شود که در اثر فعالیت‌های انسانی مانند تزریق سیالات به زمین ایجاد می‌شود. تزریق آب برای بازیافت نفت و تزریق دی‌اکسیدکربن برای جداسازی می‌تواند منجر به افزایش فشار در سازندهای زمین‌شناسی شود که به‌طور بالقوه باعث ایجاد زلزله می‌شود. رابطه بین تزریق سیال و رخدادهای لرزه‌ای پیچیده است و تحت‌تأثیر عوامل مختلفی از جمله حجم سیال تزریقی، فشاری که در آن تزریق می‌شود، ویژگی‌های زمین‌شناختی محل و گسل‌های موجود است.

مطالعه Wei Gan و Cliff Frohlich انجام شد، زمین‌لرزه‌هایی را در غرب تگزاس بین سال‌های ۲۰۰۹ و ۲۰۱۰ با تزریق حجم زیادی از CO2 تزریق‌شده به میدان نفتی گوگدل تگزاس مربوط بوده است که برخی از آنها به بزرگای ۳ می‌رسد. در مقاله‌ای که در مارس ۲۰۲۳ در Geophysical Research Letters دانشمندان دانشگاه ییل مدلی را ارائه کردند که نشان می‌داد ذخیره‌سازی CO2 در نوع خاصی از سنگ‌های آتشفشان ممکن است یکی از امن‌ترین گزینه‌ها برای ذخیره مؤثر کربن باشد و باعث لرزه‌خیزی مهمی نشود.

جداسازی CO2 از طریق به دام انداختن مواد معدنی به ذخیره‌سازی دائمی کمک می‌کند و می‌تواند عوارض جانبی مضری را که در سایر روش‌های جداسازی وجود دارد، از بین ببرد. در ترسیب کربن معدنی رایج، کربن سیال به سفره‌های آب شور و مخازن نفت یا گاز تزریق می‌شود که عمدتاً در سنگ‌های غیرواکنشی وجود دارند. در آنجا مایع CO2 به داخل منافذ و حفره‌های سنگ نفوذ می‌کند. تحت‌فشار بالا می تواند فرار کند، گسل‌های باز را فشار دهد یا مواد معدنی را از هم جدا کند و اصطکاک را کاهش دهد. این امر لغزش گسل‌ها و شکست سنگ‌ها را آسان‌تر می‌کند، به‌ویژه اگر قبلاً تحت فشارهای زمین‌ساختی قرار داشته باشند که به‌طور طبیعی باعث ایجاد زلزله می‌شوند.

بااین‌حال، هنگامی که CO2 از طریق واکنش‌های شیمیایی با سنگ‌های پی‌سنگی مافیک در زیر زمین ذخیره می‌شود، این فرایند مواد معدنی کربناته تولید می‌کند و به مقابله با شرایطی که منجر به زلزله می‌شود، کمک می‌کند. مدلسازی پژوهشگران به پیش‌بینی تکامل تنش‌هایی که می‌توانند باعث ایجاد زلزله شوند، کمک می‌کند و به ارزیابی تأخیر احتمالی در چکانش زمین‌لرزه هم می‌تواند بینجامد.

کانی‌های تحت‌فشار دی‌اکسیدکربن تزریق‌شده می‌توانند اثر فشار سیال را کاهش دهند. در این‌صورت خطر زلزله کاهش می‌یابد. تزریق گاز در زیر زمین نیز می‌تواند باعث فعالیت لرزه‌ای شود. در  یک میدان نفتی غرب تگزاس در سال‌های ۲۰۰۹ و ۲۰۱۰ تعداد ۹۳ زمین‌لرزه ثبت‌شده که بزرگای بعضی به ۳ یا بیشتر رسید، ابتدا تصور شد زمین‌لرزه‌ها ناشی از فرایند تولید نفت است که شامل تزریق مقادیر زیادی آب به زمین برای کمک به انتقال ذخایر نفتی به چاه‌ها و افزایش تولید نفت خام است. ولی بعداً مشخص شد زمین‌لرزه‌های غرب تگزاس ناشی از تزریق کربن بوده است. تزریق‌های بین سال‌های ۱۹۷۵ تا ۱۹۸۲ زمین‌لرزه‌هایی را ایجاد کرد، ولی زلزله‌های پایان دهه اول سده ۲۱ فراوانتر بودند. از سال ۲۰۰۴، حجم زیادی از دی‌اکسیدکربن در میدان کوگدل به زمین تزریق شد. درک زمانی که تزریق دی‌اکسیدکربن می‌تواند باعث زمین‌لرزه شود، کمک می‌کند تا خطرات مربوط به ذخیره‌سازی دی‌اکسیدکربن در ژرفای زمین را به‌عنوان راهی برای مبارزه با تغییراقلیم ارزیابی کنیم. هنوز مشخص نیست که چرا تزریق آب زیرزمینی مرتبط با توسعه نفت و گاز باعث زلزله در برخی نقاط می‌شود، اما در برخی دیگر نه. به‌همین‌ترتیب، هنوز مشخص نشده است که چرا تزریق دی‌اکسیدکربن در برخی مکان‌ها باعث ایجاد زلزله می‌شود، اما در برخی دیگر این‌طور نیست. فعلاً مشخص شده است که تزریق دی‌اکسیدکربن تحت‌فشارهای کافی بالا و با حجم کافی می‌تواند لرزه‌خیزی ایجاد کند.