Terremoti di quale intensità possono essere generati da

ReFINE Briefing Note
Terremoti di quale intensità possono essere generati da
fracking?
Questa sintesi è basata sull’articolo: ‘Induced seismicity and
hydraulic fracturing for the recovery of hydrocarbons’ by
Richard J. Davies, Gillian Foulger, Annette Bindley e Peter Styles,
pubblicato online su Marine and Petroleum Geology, April 2013,
e disponibile per download all’indirizzo: www.refine.org.uk
La fratturazione idraulica, più comunemente
conosciuta con il termine inglese ‘fracking’, è un
processo nel quale le rocce vengono
intenzionalmente fratturate attraverso l’iniezione
ad alta pressione di fluidi. Nel corso della recente
esplorazione di shale gas a Lancashire, UK, la
fratturazione idraulica è stata collegata a tremori,
gerando pubblica preoccupazione. Al fine di
investigare il problema, l’Istituto di Energia di
Durham e l’Università di Keele hanno effettuato
un’analisi sulla sismicità indotta (terremoti
artificiali). Questo lavoro indica che la sismicità
indotta associata con fracking è tipicamente di
magnitudo molto inferiore a quella di eventi
sismici generati dall’estrazione, dall’esaurimento
delle risorse negli oil e gas field e dal riempimento
con acqua dei reservoirs.
Cos’è la sismicità indotta?
Scosse e tremori si verificano quando una faglia si
muove improvvisamente. La sismicità, termine
tecnico con il quale si definisce l’insieme di tali
eventi in un’area, riflette la struttura della crosta
terrestre e gli stress applicati. Quando l’attività
dell’uomo causa il movimento di faglie quiescenti
si parla invece di sismicità indotta. Questa può
essere dovuta alla rimozione di materiale, ad
esempio durante processi di estrazione, o per
l’aggiunta di fluidi che lubrificano la zone di faglia.
La fratturazione idraulica genera sismicità indotta
per lubrificazione della zona di faglia. I fluidi
iniettati nelle shales per creare fratture (Fig. 1)
sono ritenuti in grado di creare network di fratture
connessi con la zona di faglia.
Figura 1: Sezione 3-D
semplificata di un sito per la
produzione di shale gas. Un
pozzo
di
perforazione
raggiunge le argille ricche in
gas, sepolte in profodità.
Fluidi ad alta pressione
vengono iniettati nelle rocce,
provocandone la rottura e il
rilascio del gas intrappolato.
Si ritiene che la sismicità
indotta sia generata quando
questa
fratturazione
consente
ai
fluidi
di
muoversi nella zona di faglia.
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Di conseguenza questi, o le variazioni istantanee
di pressione dei fluidi, potrebbero propagarsi nella
zona di faglia causandone lo scivolamento. I
meccanismi, la magnitudo e la frequenza della
sismicità indotta legata a fratturazione, sono poco
conosciuti e, fin’ora, non sono mai stati
considerati in un contesto globale con altre forme
di sismicità indotta.
Cos’è la magnitudo di un terremoto?
La magnitudo è la dimensione del terremoto, e
può essere misurata in diversi modi. Quando si
parla di magnitudo, la maggior parte della persone
pensa alla scala Richter, ma questa è solo una
misura della magnitudo locale. Per valutare
l’energia rilasciata da un terremoto, i sismologi
impiegano fondamenti di fisica allo scopo di
determinare i momenti sismici. Questi
permettono di definire la scala della magnitudo
momento, usata parallelamente alla scala Richter.
Un terremoto di magnitudo inferiore a 3
(raramente avvertito) rilascia circa 30 volte meno
energia di un terremoto di magnitudo 4, e circa
900 volte meno di uno di magnitudo 5.
La sismicità indotta: una sintesi generale
I dati pubblicati nello studio sono sintetizzati in
Figura 2, che mostra magnitudo e frequenza della
sismicità indotta causata da diverse attività.
Dall’analisi di quasi 200 casi pubblicati di sismicità
indotta a partire dal 1929, il nostro lavoro offre la
prima sintesi in materia, e colloca la sismicità
indotta da fracking in un più ampio contesto.
Questo mostra che la sismicità indotta può essere
prodotta da varie attività umane, e non solo dalla
fratturazione idraulica di shale gas in giacimenti
petroliferi, conosciuta solo in tre località. Tali
attività includono lo sbarramento di fiumi per la
formazione un bacino idrico (sbarramento;
totale=39), la rimozione di idrocarburi per oil e gas
fields (esaurimento; totale=42), estrazione
mineraria (totale=77), e la fratturazione di rocce
per la produzione di energia geotermica
(totale=21).
Figura 2: Cause, magnitudo e frequenza di 198 esempi
pubblicati di sismicità indotta di magnitudo superiore a
1. Viene riportato solo l’evento di maggiore intensità
se più di un evento sismico si è verificato nella stessa
località. Gli eventi di magnitudo maggiore per sismicità
indotta sono 7.9 (China, reservoir) e 7.3 (Azerbaijan,
oil/gas field).
Quali attività umane hanno causato la più grande
sismicità indotta?
Le più grandi sismicità indotte registrate sono
dovute a: sbarramento di bacini (max. M=7.9),
esaurimento delle risorse in oil e gas field (7.3),
estrazione
mineraria
(5.6),
smaltimento
sotterraneo di rifiuti (5.3), iniezione di fluidi negli
oil field (5.1), generazione di energia geotermica
(4.6), fratturazione idraulica di shale gas (3.8) e
sondaggi geognostici (3.1). Per la natura stessa del
processo di fratturazione delle rocce per
pressione, la fratturazione idraulica genera
sismicità indotta, ma i dati analizzati hanno
mostrato che gli eventi generati hanno bassa
magnitudo (vedi Fig. 3).
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Terremoti di quale intensità possono essere
causati da fratturazione idraulica per shale gas?
La sismicità indotta associata a fratturazione
idraulica è stata identificata in solo tre shale gas
fields, in UK, USA, e Canada. Come mostrato in
Figura 3, la fratturazione idraulica per shale gas ha
indotto 79 eventi sismici di magnitudo >1.
L’evento di maggiore intensità (magnitudo 3.8) si è
verificato nel Horn River Basin della British
Columbia, Canada; è stato percepito, ma non sono
stati registrati danni. Questo e tre altri esempi
(due in UK e uno negli USA) sono gli unici esempi
pubblicati, che siano stati avvertiti dall’uomo,
indotti da fracking.
idraulica è, secondo i dati, un meccanismo
relativamente innocuo. Una probabile causa è il
volume relativamente basso di acqua, dell’ordine
di 2–11 piscine olimpioniche, e la breve durata del
processo di pompaggio. È possibile che la
riattivazione di faglie per fratturazione idraulica
possa produrre una sismicità superiore a quella
dei dati registrati ma, solo una maggiore
conoscenza del problema potrebbe mitigare
questo rischio. Sulla base dei dati attualmente
disponibili, la probabilità che il fracking causi
sismicità percepibile (M>3) è molto bassa,
sebbene non sia da esclure.
Cosa possiamo concludere?
Il nostro studio offre importanti informazioni
sull’attuale dibattito riguardante i rischi associati
alla fratturazione idraulica delle argille.
Proponiamo 4 principali meccanismi attraverso i
quali le faglie possono essere riattivate da fluidi o
dall’onda di pressione dei fluidi durante
fratturazione idraulica:
1) direttamente dal pozzo;
2) attraverso fratture sollecitate nuovamente;
3) attraverso fratture preesistenti;
4) per il movimento attraverso rocce permeabili o
lungo le interfacce tra gli strati.
Se paragonata con altre sorgenti di sismicità
indotta, come l’estrazione e l’esaurimento delle
risorse nei giacimenti petroliferi, la fratturazione
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and Geosciences
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Newcastle University
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Tel: +44 (0)191 208 6611
Figura 3: Fracking indotto da eventi sismici di
magnitude superior a 1. In tre località (the Eola Field,
Oklahoma, USA; Preese Hall, Lancashire, UK; e l’Horn
River basin, British Columbia, Canada) sono stati
registrati 79 eventi di magnitude >1. L’evento di
maggiore sismicità indotta registrato è 3.8 (Horn River,
Canada).
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