La sismicidad inducida suele ser terremotos y temblores causados por la actividad humana que altera las tensiones y tensiones en la corteza terrestre . La mayor parte de la sismicidad inducida es de baja magnitud . Algunos sitios sufren regularmente terremotos más grandes, como la planta geotérmica The Geysers en California, que promedió dos eventos M4 y 15 eventos M3 cada año entre 2004 y 2009. [1] La base de datos de terremotos inducidos por humanos ( HiQuake ) documenta todos los casos reportados de terremotos inducidos. Sismicidad propuesta sobre bases científicas y es la recopilación más completa de su tipo. [2] [3]
Los resultados de una investigación de varios años en curso sobre terremotos inducidos por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) publicado en 2015 sugirieron que la mayoría de los terremotos importantes en Oklahoma, como el terremoto de magnitud 5,7 de El Reno en 1952, pueden haber sido inducidos por una inyección profunda de aguas residuales. por la industria petrolera. Una gran cantidad de eventos sísmicos en estados de extracción de petróleo y gas como Oklahoma se deben al aumento del volumen de inyección de aguas residuales que se genera como parte del proceso de extracción. [4] "Las tasas de terremotos han aumentado notablemente recientemente en múltiples áreas del centro y este de los Estados Unidos (CEUS), especialmente desde 2010, y los estudios científicos han vinculado la mayor parte de este aumento de actividad con la inyección de aguas residuales en pozos de eliminación profundos". [5] [6] [7] [8] [9] [10] : 2 [11]
La sismicidad inducida también puede ser causada por la inyección de dióxido de carbono como paso de almacenamiento de la captura y almacenamiento de carbono, cuyo objetivo es secuestrar el dióxido de carbono capturado de la producción de combustibles fósiles u otras fuentes en la corteza terrestre como medio de mitigación del cambio climático. Este efecto se ha observado en Oklahoma y Saskatchewan. [12] Aunque se pueden utilizar prácticas seguras y tecnologías existentes para reducir el riesgo de sismicidad inducida debido a la inyección de dióxido de carbono, el riesgo sigue siendo significativo si el almacenamiento es a gran escala. Las consecuencias de la sismicidad inducida podrían alterar fallas preexistentes en la corteza terrestre y comprometer la integridad del sellado de los lugares de almacenamiento. [13]
El peligro sísmico de la sismicidad inducida se puede evaluar utilizando técnicas similares a las de la sismicidad natural, aunque teniendo en cuenta la sismicidad no estacionaria. [14] [15] Parece que las sacudidas sísmicas de los terremotos inducidos pueden ser similares a las observadas en los terremotos tectónicos naturales, [16] [17] o pueden tener mayores sacudidas a distancias más cortas. [18] Esto significa que los modelos de movimiento del suelo derivados de registros de terremotos naturales, que a menudo son más numerosos en las bases de datos de movimientos fuertes [19] que los datos de terremotos inducidos, pueden usarse con ajustes menores. Posteriormente, se puede realizar una evaluación de riesgos, teniendo en cuenta el aumento del peligro sísmico y la vulnerabilidad de los elementos expuestos en riesgo (por ejemplo, la población local y el parque de edificios). [14] [20] Finalmente, el riesgo puede, al menos teóricamente, mitigarse, ya sea mediante reducciones del peligro [21] [22] o una reducción de la exposición o la vulnerabilidad. [23]
Hay muchas formas en que se ha observado que se produce la sismicidad inducida. En la década de 2010, se descubrió o se sospecha que algunas tecnologías energéticas que inyectan o extraen fluidos de la Tierra , como la extracción de petróleo y gas y el desarrollo de energía geotérmica, causan eventos sísmicos. Algunas tecnologías energéticas también producen desechos que pueden gestionarse mediante eliminación o almacenamiento mediante inyección profunda en el suelo. Por ejemplo, las aguas residuales de la producción de petróleo y gas y el dióxido de carbono de una variedad de procesos industriales pueden gestionarse mediante inyección subterránea. [ cita necesaria ]
La columna de agua en un lago artificial grande y profundo altera la tensión in situ a lo largo de una falla o fractura existente. En estos yacimientos, el peso de la columna de agua puede cambiar significativamente la tensión en una falla o fractura subyacente al aumentar la tensión total a través de la carga directa o disminuir la tensión efectiva a través del aumento de la presión del agua intersticial. Este cambio significativo en la tensión puede provocar un movimiento repentino a lo largo de la falla o fractura, lo que resulta en un terremoto. [24] Los eventos sísmicos inducidos por yacimientos pueden ser relativamente grandes en comparación con otras formas de sismicidad inducida. Aunque la comprensión de la actividad sísmica inducida por los embalses es muy limitada, se ha observado que la sismicidad parece ocurrir en presas con alturas superiores a 330 pies (100 m). La presión adicional del agua creada por los grandes embalses es la explicación más aceptada de la actividad sísmica. [25] Cuando los embalses se llenan o drenan, la sismicidad inducida puede ocurrir inmediatamente o con un pequeño retraso.
El primer caso de sismicidad inducida por embalses ocurrió en 1932 en la presa Oued Fodda de Argelia .
El terremoto de Koynanagar de 1967, de magnitud 6,3, ocurrió en Maharashtra , India, con su epicentro y sus sacudidas anteriores y posteriores ubicadas cerca o debajo del embalse de la presa Koyna . [26] 180 personas murieron y 1.500 resultaron heridas. Los efectos del terremoto se sintieron a 230 kilómetros de distancia, en Bombay, con temblores y cortes de energía.
Durante los inicios de la presa de Vajont en Italia, se registraron sacudidas sísmicas durante su llenado inicial. Después de que un deslizamiento de tierra casi llenara el embalse en 1963, provocando una inundación masiva y alrededor de 2.000 muertes, fue drenado y, en consecuencia, la actividad sísmica fue casi inexistente.
El 1 de agosto de 1975, un terremoto de magnitud 6,1 en Oroville , California , se atribuyó a la sismicidad de una gran presa y embalse de tierra recientemente construidos y llenados.
El llenado de la presa de Katse en Lesotho y de la presa de Nurek en Tayikistán es un ejemplo. [27] En Zambia , el lago Kariba puede haber provocado efectos similares.
El terremoto de Sichuan de 2008 , que causó aproximadamente 68.000 muertes, es otro posible ejemplo. Un artículo en Science sugirió que la construcción y el llenado de la presa Zipingpu pueden haber provocado el terremoto. [28] [29] [30]
A algunos expertos les preocupa que la presa de las Tres Gargantas en China pueda provocar un aumento en la frecuencia e intensidad de los terremotos. [31]
La minería afecta el estado de tensión del macizo rocoso circundante, provocando a menudo deformaciones observables y actividad sísmica . Una pequeña porción de los eventos inducidos por la minería están asociados con daños a las minas y representan un riesgo para los trabajadores mineros. [32] Estos eventos se conocen como explosiones de rocas en la minería de roca dura , o como golpes en la minería subterránea de carbón . La propensión de una mina a estallar o a chocar depende principalmente de la profundidad, el método de extracción, la secuencia y geometría de extracción y las propiedades materiales de la roca circundante. Muchas minas subterráneas de roca dura operan redes de monitoreo sísmico para gestionar los riesgos de explosión y guiar las prácticas mineras. [33]
Las redes sísmicas han registrado una variedad de fuentes sísmicas relacionadas con la minería, entre ellas:
Se sabe que la inyección de líquidos en pozos de eliminación de desechos, más comúnmente para eliminar el agua producida por pozos de petróleo y gas natural, causa terremotos. Esta agua con alto contenido de sal generalmente se bombea a pozos de eliminación de agua salada (SWD). El aumento resultante en la presión de los poros del subsuelo puede desencadenar movimientos a lo largo de fallas, lo que resulta en terremotos. [39] [40]
Uno de los primeros ejemplos conocidos fue el del Arsenal de las Montañas Rocosas , al noreste de Denver . En 1961 se inyectaron aguas residuales en estratos profundos, lo que más tarde se supo que había provocado una serie de terremotos. [41]
El terremoto de Oklahoma de 2011 cerca de Praga , de magnitud 5,8, [42] se produjo después de 20 años de inyectar agua residual en formaciones profundas porosas a presiones y saturación crecientes. [43] El 3 de septiembre de 2016, se produjo un terremoto aún más fuerte con una magnitud de 5,8 cerca de Pawnee, Oklahoma , seguido de nueve réplicas entre magnitudes 2,6 y 3,6 en 3+1 ⁄ 2 horas. Los temblores se sintieron en lugares tan lejanos como Memphis, Tennessee , y Gilbert, Arizona . Mary Fallin , la gobernadora de Oklahoma, declaró una emergencia local y la Comisión de Corporaciones de Oklahoma ordenó el cierre de los pozos de eliminación locales. [44] [45] Los resultados de una investigación de varios años en curso sobre terremotos inducidos por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) publicado en 2015 sugirieron que la mayoría de los terremotos importantes en Oklahoma, como el terremoto de magnitud 5,5 de El Reno en 1952, pueden haber sido inducida por la inyección profunda de aguas residuales por parte de la industria petrolera. [5] Sin embargo, antes de abril de 2015, la posición del Servicio Geológico de Oklahoma era que el terremoto se debió probablemente a causas naturales y no fue provocado por la inyección de desechos. [46] Este fue uno de los muchos terremotos que han afectado la región de Oklahoma.
Desde 2009, los terremotos se han vuelto cientos de veces más comunes en Oklahoma y los eventos de magnitud 3 aumentan de 1 o 2 por año a 1 o 2 por día. [47] El 21 de abril de 2015, el Servicio Geológico de Oklahoma emitió una declaración cambiando su postura sobre los terremotos inducidos en Oklahoma: "La OGS considera muy probable que la mayoría de los terremotos recientes, particularmente aquellos en el centro y centro-norte de Oklahoma, sean desencadenado por la inyección de agua producida en pozos de disposición." [48]
La extracción de combustibles fósiles a gran escala puede generar terremotos. [49] [50] La sismicidad inducida también puede estar relacionada con las operaciones de almacenamiento subterráneo de gas. La secuencia sísmica de septiembre-octubre de 2013, que se produjo a 21 km de la costa del Golfo de Valencia (España), es probablemente el caso más conocido de sismicidad inducida relacionada con operaciones de Almacenamiento Subterráneo de Gas (Proyecto Castor). En septiembre de 2013, una vez iniciadas las operaciones de inyección, la red sísmica española registró un repentino aumento de sismicidad. En unos 40 días se registraron más de 1.000 eventos con magnitudes ( M L ) entre 0,7 y 4,3 (el mayor terremoto jamás asociado a operaciones de almacenamiento de gas) y ubicados cerca de la plataforma de inyección. [51] [52] Debido a la importante preocupación de la población, el gobierno español detuvo las operaciones. A finales de 2014, el gobierno español rescindió definitivamente la concesión de la planta de UGS. Desde enero de 2015 han sido procesadas unas 20 personas que participaron en la transacción y aprobación del Proyecto Castor. [ cita necesaria ]
Se ha demostrado que los cambios en los patrones de tensión de la corteza terrestre causados por la extracción a gran escala de agua subterránea desencadenan terremotos, como en el caso del terremoto de Lorca de 2011 . [53]
Se sabe que los sistemas geotérmicos mejorados (EGS), un nuevo tipo de tecnología de energía geotérmica que no requiere recursos hidrotermales convectivos naturales, están asociados con la sismicidad inducida. EGS implica bombear fluidos a presión para mejorar o crear permeabilidad mediante el uso de técnicas de fracturación hidráulica. Los EGS de roca seca caliente (HDR) crean activamente recursos geotérmicos mediante estimulación hidráulica. Dependiendo de las propiedades de la roca y de las presiones de inyección y el volumen de fluido, la roca yacimiento puede responder con falla por tracción, como es común en la industria del petróleo y el gas, o con falla por corte del conjunto de juntas existente de la roca, como se cree que es el principal mecanismo de crecimiento de embalses en los esfuerzos de EGS. [54]
Actualmente se están desarrollando y probando sistemas HDR y EGS en Soultz-sous-Forêts (Francia), Desert Peak and the Geysers (EE.UU.), Landau (Alemania) y Paralana y Cooper Basin (Australia). Los eventos de sismicidad inducida en el campo geotérmico Geysers en California se han correlacionado fuertemente con los datos de inyección. [55] El sitio de pruebas en Basilea, Suiza, ha sido cerrado debido a eventos sísmicos inducidos. En noviembre de 2017, un Mw 5,5 impactó la ciudad de Pohang (Corea del Sur) hiriendo a varias personas y provocando cuantiosos daños. La proximidad de la secuencia sísmica a un sitio de EGS, donde se habían llevado a cabo operaciones de estimulación sólo unos meses antes del terremoto, planteó la posibilidad de que este terremoto hubiera sido antropogénico. Según dos estudios diferentes, parece plausible que el terremoto de Pohang fuera inducido por operaciones de EGS. [56] [57]
Los investigadores del MIT creen que la sismicidad asociada con la estimulación hidráulica se puede mitigar y controlar mediante la ubicación predictiva y otras técnicas. Con una gestión adecuada, se puede disminuir el número y la magnitud de los eventos sísmicos inducidos, reduciendo significativamente la probabilidad de un evento sísmico dañino. [59]
La sismicidad inducida en Basilea provocó la suspensión de su proyecto HDR. Luego se llevó a cabo una evaluación de peligrosidad sísmica, que resultó en la cancelación del proyecto en diciembre de 2009. [ cita necesaria ]
La fracturación hidráulica es una técnica en la que se inyecta fluido a alta presión en las rocas del yacimiento de baja permeabilidad para inducir fracturas y aumentar la producción de hidrocarburos . [60] Este proceso generalmente se asocia con eventos sísmicos que son demasiado pequeños para sentirse en la superficie (con magnitudes de momento que oscilan entre −3 y 1), aunque no se excluyen eventos de mayor magnitud. [61] Por ejemplo, se han registrado varios casos de eventos de mayor magnitud (M > 4) en Canadá en los recursos no convencionales de Alberta y Columbia Británica . [62]
Se ha demostrado que la operación de tecnologías que implican el almacenamiento geológico a largo plazo de fluidos residuales induce actividad sísmica en áreas cercanas, e incluso se ha demostrado la correlación de los períodos de latencia sísmica con mínimos en los volúmenes y presiones de inyección para la inyección de aguas residuales de fracking en Youngstown, Ohio. [63] De particular preocupación para la viabilidad del almacenamiento de dióxido de carbono de las centrales eléctricas alimentadas con carbón y esfuerzos similares es que la escala de los proyectos CCS previstos es mucho mayor, tanto en tasa de inyección como en volumen total de inyección, que cualquier operación actual o pasada que ya haya Se ha demostrado que induce sismicidad. [64] Como tal, se debe realizar una modelización exhaustiva de futuros sitios de inyección para evaluar el riesgo potencial de las operaciones de CAC, particularmente en relación con el efecto del almacenamiento de dióxido de carbono a largo plazo sobre la integridad de la roca de esquisto, ya que el potencial de fugas de fluidos a la superficie podría ser bastante alto para terremotos moderados. [13] Sin embargo, el potencial de la CAC para inducir grandes terremotos y fugas de CO 2 sigue siendo un tema controvertido. [65] [66] [67]
Dado que el secuestro geológico de dióxido de carbono tiene el potencial de inducir sismicidad, los investigadores han desarrollado métodos para monitorear y modelar el riesgo de sismicidad inducida por inyección con el fin de gestionar mejor los riesgos asociados con este fenómeno. El monitoreo se puede realizar con mediciones de un instrumento como un geófono para medir el movimiento del suelo. Generalmente se utiliza una red de instrumentos alrededor del sitio de inyección, aunque muchos sitios actuales de inyección de dióxido de carbono no utilizan dispositivos de monitoreo. El modelado es una técnica importante para evaluar el potencial de sismicidad inducida y se utilizan dos modelos principales: físico y numérico. Un modelo físico utiliza mediciones de las primeras etapas de un proyecto para pronosticar cómo se comportará el proyecto una vez que se inyecte más dióxido de carbono. Un modelo numérico, por otro lado, utiliza métodos numéricos para simular la física de lo que sucede dentro del yacimiento. Tanto el modelado como el monitoreo son herramientas útiles para cuantificar, comprender mejor y mitigar los riesgos asociados con la sismicidad inducida por inyección. [12]
Para evaluar los riesgos de sismicidad inducida asociados con el almacenamiento de carbono, es necesario comprender los mecanismos detrás de la falla de las rocas. Los criterios de falla de Mohr-Coulomb describen la falla por corte en un plano de falla. [68] En términos más generales, la falla ocurrirá en fallas existentes debido a varios mecanismos: un aumento en el esfuerzo cortante, una disminución en el esfuerzo normal o un aumento en la presión de poro . [12] La inyección de CO 2 supercrítico cambiará las tensiones en el yacimiento a medida que se expande, provocando posibles fallas en fallas cercanas. La inyección de fluidos también aumenta la presión de los poros en el yacimiento, provocando deslizamientos en los planos de debilidad de las rocas existentes. Esta última es la causa más común de sismicidad inducida por inyección de fluidos. [12]
Los criterios de falla de Mohr-Coulomb establecen que
con el esfuerzo cortante crítico que conduce a la falla en una falla, la resistencia cohesiva a lo largo de la falla, la tensión normal, el coeficiente de fricción en el plano de la falla y la presión de poro dentro de la falla. [12] [69] Cuando se alcanza, se produce una falla por corte y se puede sentir un terremoto. Este proceso se puede representar gráficamente en un círculo de Mohr . [12]
Si bien existe el riesgo de sismicidad inducida asociada con la captura y el almacenamiento subterráneo de carbono a gran escala, actualmente es un riesgo mucho menos grave que otros tipos de inyección. La inyección de aguas residuales, la fracturación hidráulica y la recuperación secundaria después de la extracción de petróleo han contribuido significativamente más a los eventos sísmicos inducidos que la captura y el almacenamiento de carbono en los últimos años. [70] En realidad, no ha habido ningún evento sísmico importante asociado con la inyección de carbono en este punto, mientras que se han registrado eventos sísmicos causados por otros métodos de inyección. Un ejemplo de ello es el enorme aumento de la sismicidad inducida en Oklahoma, EE. UU., causado por la inyección de enormes volúmenes de aguas residuales en la roca sedimentaria del Grupo Arbuckle. [71]
Se ha demostrado que los pulsos electromagnéticos de alta energía pueden desencadenar la liberación de energía almacenada por los movimientos tectónicos al aumentar la frecuencia de los terremotos locales, entre 2 y 6 días después de la emisión de los generadores EMP. La energía liberada es aproximadamente seis órdenes de magnitud mayor que la energía de los pulsos EM. [72] La liberación de tensión tectónica por estos terremotos desencadenados relativamente pequeños equivale al 1-17% de la tensión liberada por un fuerte terremoto en el área. [73] Se ha propuesto que fuertes impactos electromagnéticos podrían controlar la sismicidad, ya que durante los períodos de los experimentos y mucho tiempo después, la dinámica de la sismicidad era mucho más regular de lo habitual. [74] [75]
El riesgo se define como la probabilidad de verse afectado por un evento en el futuro. El riesgo sísmico generalmente se estima combinando el peligro sísmico con la exposición y la vulnerabilidad en un sitio o en una región. [14] El peligro de los terremotos depende de la proximidad a posibles fuentes sísmicas y de las tasas de aparición de terremotos de diferente magnitud para esas fuentes, y de la propagación de ondas sísmicas desde las fuentes hasta el sitio de interés. El peligro se representa entonces en términos de la probabilidad de exceder algún nivel de temblor del suelo en un sitio. Los peligros de terremotos pueden incluir temblores de tierra, licuefacción, desplazamiento de fallas superficiales, deslizamientos de tierra, tsunamis y levantamiento/hundimiento para eventos muy grandes (M L > 6,0). Debido a que los eventos sísmicos inducidos, en general, son menores que M L 5.0 y tienen duraciones cortas, la principal preocupación son los temblores del suelo. [76]
Los temblores del suelo pueden provocar daños tanto estructurales como no estructurales [77] a edificios y otras estructuras. Se acepta comúnmente que el daño estructural a las estructuras de ingeniería modernas ocurre sólo en terremotos mayores que M L 5.0. En sismología e ingeniería sísmica , el temblor del suelo se puede medir como velocidad máxima del suelo (PGV), aceleración máxima del suelo (PGA) o aceleración espectral (SA) en el período de excitación de un edificio. En regiones de sismicidad histórica donde los edificios están diseñados para resistir fuerzas sísmicas, es posible que se produzcan daños estructurales moderados y se pueden percibir sacudidas muy fuertes cuando la PGA es superior al 18-34 % de g (la aceleración de la gravedad). [78] En casos raros, se han reportado daños no estructurales [77] en terremotos tan pequeños como M L 3.0. Para instalaciones críticas como represas y plantas nucleares, los niveles aceptables de temblores del suelo son más bajos que los de los edificios. [79]
Lectura ampliada: Introducción al análisis probabilístico de peligros sísmicos (PSHA)
El análisis probabilístico de peligro sísmico (PSHA) es un marco probabilístico que tiene en cuenta las probabilidades de ocurrencia de terremotos y las probabilidades de propagación del movimiento del suelo. Utilizando el marco, se puede cuantificar la probabilidad de exceder un cierto nivel de temblor del suelo en un sitio, teniendo en cuenta todos los posibles terremotos (tanto naturales como inducidos). [80] [81] [82] [83] La metodología PSHA se utiliza para determinar cargas sísmicas para códigos de construcción tanto en los Estados Unidos como en Canadá, y cada vez más en otras partes del mundo, así como para proteger presas y plantas nucleares del Daños por eventos sísmicos. [79] [80] [84]
Comprender los antecedentes geológicos del sitio es un requisito previo para la estimación del peligro sísmico. Se consideran las formaciones de las rocas, las estructuras del subsuelo, la ubicación de las fallas, el estado de las tensiones y otros parámetros que contribuyen a posibles eventos sísmicos. También se tienen en cuenta los registros de terremotos pasados del sitio. [81]
Las magnitudes de los terremotos que ocurren en una fuente generalmente siguen la relación de Gutenberg-Richter que establece que el número de terremotos disminuye exponencialmente con el aumento de la magnitud, como se muestra a continuación:
donde es la magnitud de los eventos sísmicos, es el número de eventos con magnitudes mayores que , es el parámetro de velocidad y es la pendiente. y varían según las diferentes fuentes. En el caso de terremotos naturales, se utiliza la sismicidad histórica para determinar estos parámetros. Utilizando esta relación, se puede predecir el número y la probabilidad de terremotos que excedan una cierta magnitud siguiendo el supuesto de que los terremotos siguen un proceso de Poisson. [85] [80] [86] Sin embargo, el objetivo de este análisis es determinar la posibilidad de futuros terremotos. En el caso de la sismicidad inducida, a diferencia de la sismicidad natural, las tasas de terremotos cambian con el tiempo como resultado de cambios en la actividad humana y, por lo tanto, se cuantifican como procesos no estacionarios con tasas de sismicidad variables a lo largo del tiempo. [87]
En un sitio determinado, el movimiento del suelo describe las ondas sísmicas que se habrían observado en ese sitio con un sismómetro. Para simplificar la representación de un sismograma completo, PGV (velocidad máxima del suelo) , PGA (aceleración máxima del suelo) , aceleración espectral (SA) en diferentes períodos, duración del terremoto, intensidad de las arias (IA) son algunos de los parámetros que se utilizan. para representar el temblor del suelo. La propagación del movimiento del suelo desde la fuente hasta un sitio para un terremoto de una magnitud determinada se estima utilizando ecuaciones de predicción del movimiento del suelo (GMPE) que se han desarrollado con base en registros históricos. [88] Dado que los registros históricos son escasos para la sismicidad inducida, los investigadores han proporcionado modificaciones a los GMPE para terremotos naturales con el fin de aplicarlos a los terremotos inducidos. [18] [89]
El marco PSHA utiliza las distribuciones de las magnitudes de los terremotos y la propagación del movimiento del suelo para estimar el peligro sísmico: la probabilidad de exceder un cierto nivel de temblor del suelo (PGA, PGV, SA, IA, etc.) en el futuro. [90] Dependiendo de la complejidad de las distribuciones de probabilidad, se pueden utilizar métodos numéricos o simulaciones (como el método de Monte Carlo ) para estimar el peligro sísmico. [80] [15] En el caso de la sismicidad inducida, el peligro sísmico no es constante, sino que varía con el tiempo debido a cambios en las tasas de sismicidad subyacentes. [14]
Para estimar el riesgo sísmico, la amenaza se combina con la exposición y vulnerabilidad en un sitio o en una región. Por ejemplo, si ocurre un terremoto donde no hay humanos ni estructuras, no habría impactos humanos a pesar de cualquier nivel de peligro sísmico. La exposición se define como el conjunto de entidades (como edificios y personas) que existen en un sitio o región determinado. La vulnerabilidad se define como el potencial de impacto para esas entidades, por ejemplo, daño estructural o no estructural a un edificio, y pérdida de bienestar y vida de las personas. La vulnerabilidad también se puede representar probabilísticamente utilizando funciones de vulnerabilidad o fragilidad. [91] [92] Una función de vulnerabilidad o fragilidad especifica la probabilidad de impacto en diferentes niveles de temblor del suelo. En regiones como Oklahoma sin mucha sismicidad natural histórica, las estructuras no están diseñadas para resistir fuerzas sísmicas y, como resultado, son más vulnerables incluso a niveles bajos de temblores del suelo, en comparación con estructuras en regiones tectónicas como California y Japón.
El riesgo sísmico se define como la probabilidad de superar un determinado nivel de impacto en el futuro. Por ejemplo, puede estimar la probabilidad de exceder el daño moderado o mayor a un edificio en el futuro. La amenaza sísmica se combina con la exposición y la vulnerabilidad para estimar el riesgo sísmico. Si bien se pueden utilizar métodos numéricos para estimar el riesgo en un sitio, los métodos basados en simulación son más adecuados para estimar el riesgo sísmico para una región con una cartera de entidades, con el fin de tener en cuenta correctamente las correlaciones entre los temblores del suelo y los impactos. En el caso de la sismicidad inducida, el riesgo sísmico varía en el tiempo debido a cambios en la peligrosidad sísmica. [14]
La sismicidad inducida puede causar daños a la infraestructura y se ha documentado que daña edificios en Oklahoma. [93] También puede provocar fugas de salmuera y CO 2 . [94]
Es más fácil predecir y mitigar la sismicidad provocada por explosiones. Las estrategias de mitigación comunes incluyen limitar la cantidad de dinamita utilizada en una sola explosión y los lugares de las explosiones. Sin embargo, en el caso de la sismicidad inducida relacionada con la inyección, todavía es difícil predecir cuándo y dónde ocurrirán los eventos sísmicos inducidos, así como sus magnitudes. Dado que los eventos sísmicos inducidos relacionados con la inyección de fluidos son impredecibles, ha atraído más atención por parte del público. La sismicidad inducida es sólo una parte de la reacción en cadena de las actividades industriales que preocupan al público. Las impresiones sobre la sismicidad inducida son muy diferentes entre los diferentes grupos de personas. [95] El público tiende a sentir más negativamente hacia los terremotos causados por actividades humanas que hacia los terremotos naturales. [96] Dos aspectos importantes de la preocupación pública están relacionados con los daños a la infraestructura y el bienestar de los seres humanos. [95] La mayoría de los eventos sísmicos inducidos están por debajo de M 2 y no pueden causar ningún daño físico. Sin embargo, cuando los eventos sísmicos se sienten y causan daños o lesiones, la opinión pública se pregunta si es apropiado realizar operaciones de petróleo y gas en esas zonas. Las percepciones públicas pueden variar según la población y la tolerancia de la población local. Por ejemplo, en el área geotérmica sísmicamente activa Geysers en el norte de California, que es una zona rural con una población relativamente pequeña, la población local tolera terremotos de hasta M 4,5. [97] Los reguladores, la industria y los investigadores han adoptado medidas. El 6 de octubre de 2015, personas de la industria, el gobierno, el mundo académico y el público se reunieron para discutir cuán efectivo fue implementar un sistema o protocolo de semáforo en Canadá para ayudar a gestionar los riesgos de la sismicidad inducida. [98]
Sin embargo, la evaluación del riesgo y la tolerancia a la sismicidad inducida son subjetivas y están determinadas por diferentes factores como la política, la economía y la comprensión del público. [99] Los responsables de la formulación de políticas a menudo tienen que equilibrar los intereses de la industria con los intereses de la población. En estas situaciones, la estimación del riesgo sísmico sirve como una herramienta crítica para cuantificar el riesgo futuro y puede usarse para regular las actividades que inducen terremotos hasta que el riesgo sísmico alcance un nivel máximo aceptable para la población. [14]
Uno de los métodos sugeridos para mitigar el riesgo sísmico es un Sistema de Semáforo (TLS), también conocido como Protocolo de Semáforo (TLP), que es un sistema de control calibrado que proporciona monitoreo y gestión continua y en tiempo real de los temblores de tierra inducidos. sismicidad para sitios específicos. TLS se implementó por primera vez en 2005 en una planta geotérmica mejorada en Centroamérica. Para las operaciones de petróleo y gas, el sistema más implementado es el modificado por el utilizado en el Reino Unido. Normalmente hay dos tipos de TLS: el primero establece diferentes umbrales, generalmente magnitudes locales de terremotos (ML) o movimientos del suelo de pequeños a grandes. Si la sismicidad inducida alcanza los umbrales más pequeños, los operadores implementan modificaciones en las operaciones y se informa a los reguladores. Si la sismicidad inducida alcanza umbrales mayores, las operaciones se detienen inmediatamente. El segundo tipo de sistema de semáforo establece sólo un umbral. Si se alcanza este umbral, las operaciones se detienen. Esto también se denomina "sistema de semáforo". Los umbrales para el sistema de semáforos varían entre países y dentro de ellos, según la zona.
Sin embargo, el sistema de semáforos no puede tener en cuenta cambios futuros en la sismicidad. Puede que los cambios en las actividades humanas tarden algún tiempo en mitigar la actividad sísmica, y se ha observado que algunos de los mayores terremotos inducidos se han producido después de detener la inyección de fluido. [100]
Las explosiones nucleares pueden provocar actividad sísmica, pero según el USGS, la actividad sísmica resultante es menos energética que la explosión nuclear original y, por lo general, no produce grandes réplicas. En cambio, las explosiones nucleares pueden liberar la energía de deformación elástica que estaba almacenada en la roca, fortaleciendo la onda de choque inicial de la explosión . [102]
Un informe de 2013 del Consejo Nacional de Investigación de EE. UU. examinó el potencial de las tecnologías energéticas (incluida la recuperación de gas de esquisto, la captura y almacenamiento de carbono, la producción de energía geotérmica y el desarrollo convencional de petróleo y gas) para causar terremotos. [103] El informe encontró que sólo una fracción muy pequeña de las actividades de inyección y extracción entre los cientos de miles de sitios de desarrollo energético en los Estados Unidos han inducido sismicidad a niveles perceptibles para el público. Sin embargo, aunque los científicos comprenden los mecanismos generales que inducen los eventos sísmicos, no pueden predecir con precisión la magnitud o la ocurrencia de estos terremotos debido a la información insuficiente sobre los sistemas de rocas naturales y la falta de modelos predictivos validados en sitios de desarrollo energético específicos. [104]
El informe señaló que la fracturación hidráulica tiene un riesgo bajo de inducir terremotos que las personas pueden sentir, pero la inyección subterránea de aguas residuales producidas por la fracturación hidráulica y otras tecnologías energéticas tiene un mayor riesgo de causar tales terremotos. Además, la captura y almacenamiento de carbono (una tecnología para almacenar el exceso de dióxido de carbono bajo tierra) puede tener el potencial de inducir eventos sísmicos, porque se inyectan volúmenes significativos de fluidos bajo tierra durante largos períodos de tiempo. [104]
Varias líneas de evidencia sugieren además que la mayoría de los terremotos importantes en Oklahoma durante el siglo XX también pueden haber sido inducidos por actividades de producción de petróleo. La inyección profunda de aguas residuales, ahora reconocida como potencialmente inductora de terremotos, de hecho comenzó en el estado en la década de 1930.
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