La sismicidad inducida es típicamente terremotos y temblores que son causados por la actividad humana que altera las tensiones y presiones en la corteza terrestre . La mayor parte de la sismicidad inducida es de baja magnitud . Algunos sitios tienen regularmente terremotos más grandes, como la planta geotérmica The Geysers en California, que tuvo un promedio de dos eventos M4 y 15 eventos M3 cada año desde 2004 hasta 2009. [1] La base de datos de terremotos inducidos por humanos ( HiQuake ) documenta todos los casos reportados de sismicidad inducida propuestos con bases científicas y es la recopilación más completa de su tipo. [2] [3]
Los resultados de una investigación de varios años sobre terremotos inducidos realizada por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) publicada en 2015 sugirieron que la mayoría de los terremotos significativos en Oklahoma, como el terremoto de El Reno de magnitud 5,7 de 1952, pueden haber sido inducidos por la inyección profunda de aguas residuales por parte de la industria petrolera. Una gran cantidad de eventos sísmicos en estados de extracción de petróleo y gas como Oklahoma son causados por el aumento del volumen de inyección de aguas residuales que se genera como parte del proceso de extracción. [4] "Las tasas de terremotos han aumentado recientemente de manera notable 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 esta mayor actividad a 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, que tiene como objetivo secuestrar el dióxido de carbono capturado de la producción de combustibles fósiles u otras fuentes en la corteza terrestre como un 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 las fallas preexistentes en la corteza terrestre, así como comprometer la integridad del sello de los lugares de almacenamiento. [13]
El riesgo 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 la vibración sísmica de los terremotos inducidos puede ser similar a la observada en los terremotos tectónicos naturales, [16] [17] o puede tener una vibración mayor 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 movimiento fuerte [19] que los datos de terremotos inducidos, se pueden utilizar con pequeños ajustes. Posteriormente, se puede realizar una evaluación de riesgos, teniendo en cuenta el aumento del riesgo sísmico y la vulnerabilidad de los elementos expuestos al riesgo (por ejemplo, la población local y el parque de edificios). [14] [20] Finalmente, el riesgo se puede mitigar, al menos en teoría, ya sea mediante reducciones del riesgo [21] [22] o una reducción de la exposición o la vulnerabilidad. [23]
Existen muchas formas en las que se ha observado que se produce sismicidad inducida. En la década de 2010, se ha descubierto 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 su eliminación o almacenamiento por inyección en las profundidades del 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 requerida ]
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 reservorios, 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 reservorios pueden ser relativamente grandes en comparación con otras formas de sismicidad inducida. Aunque el conocimiento de la actividad sísmica inducida por reservorios es muy limitado, se ha observado que la sismicidad parece ocurrir en represas con alturas superiores a 330 pies (100 m). La presión de agua adicional creada por grandes reservorios es la explicación más aceptada para la actividad sísmica. [25] Cuando los reservorios se llenan o se drenan, la sismicidad inducida puede ocurrir inmediatamente o con un pequeño desfase temporal.
El primer caso de sismicidad inducida por un embalse ocurrió en 1932 en la presa de Oued Fodda , en Argelia .
El terremoto de magnitud 6,3 de Koynanagar de 1967 ocurrió en Maharashtra , India, con su epicentro , temblores previos y réplicas ubicados cerca o debajo del embalse de la presa de Koyna . [26] 180 personas murieron y 1.500 resultaron heridas. Los efectos del terremoto se sintieron a 230 km de distancia en Bombay con temblores y cortes de energía.
En los inicios de la presa de Vajont en Italia se registraron movimientos sísmicos durante su llenado inicial. Después de que un deslizamiento de tierra casi llenara el embalse en 1963, causando una inundación masiva y alrededor de 2.000 muertos, se drenó 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 un embalse de relleno 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.
Otro posible ejemplo es el terremoto de Sichuan de 2008 , que causó aproximadamente 68.000 muertes. Un artículo publicado en Science sugirió que la construcción y el llenado de la presa de Zipingpu podrían haber desencadenado el terremoto. [28] [29] [30]
Algunos expertos temen 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 de la masa rocosa circundante, causando a menudo deformaciones observables y actividad sísmica . Una pequeña parte de los eventos inducidos por la minería están asociados con daños a las labores mineras y representan un riesgo para los mineros. [32] Estos eventos se conocen como estallidos 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 golpear depende principalmente de la profundidad, el método de minería, la secuencia y geometría de extracción, y las propiedades del material de la roca circundante. Muchas minas subterráneas de roca dura operan redes de monitoreo sísmico para gestionar los riesgos de estallido y guiar las prácticas mineras. [33]
Las redes sísmicas han registrado una variedad de fuentes sísmicas relacionadas con la minería, entre las que se incluyen:
Se sabe que la inyección de líquidos en pozos de eliminación de desechos, más comúnmente para eliminar el agua producida de pozos de petróleo y gas natural, causa terremotos. Esta agua con alto contenido de salinidad generalmente se bombea a pozos de eliminación de agua salada (SWD). El aumento resultante en la presión de poro del subsuelo puede desencadenar un movimiento 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 descubrió 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 aguas residuales en formaciones profundas porosas a presiones y saturación crecientes. [43] El 3 de septiembre de 2016, un terremoto aún más fuerte con una magnitud de 5,8 ocurrió cerca de Pawnee, Oklahoma , seguido de nueve réplicas entre magnitudes 2,6 y 3,6 en 3+1 ⁄ 2 horas. Los temblores se sintieron tan lejos 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 la investigación de varios años en curso sobre terremotos inducidos por el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) publicados en 2015 sugirieron que la mayoría de los terremotos significativos en Oklahoma, como el terremoto de El Reno de magnitud 5,5 de 1952, pueden haber sido inducidos 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 probablemente se debió a causas naturales y no fue provocado por la inyección de desechos. [46] Este fue uno de los muchos terremotos que han afectado a la región de Oklahoma.
Desde 2009, los terremotos se han vuelto cientos de veces más comunes en Oklahoma, con eventos de magnitud 3 que aumentaron de 1 o 2 por año a 1 o 2 por día. [47] El 21 de abril de 2015, el Servicio Geológico de Oklahoma publicó una declaración en la que revertía su postura sobre los terremotos inducidos en Oklahoma: "El OGS considera muy probable que la mayoría de los terremotos recientes, en particular los del centro y centro-norte de Oklahoma, sean provocados por la inyección de agua producida en pozos de eliminación". [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 ocurrida a 21 km de la costa del Golfo de Valencia (España) es probablemente el caso más conocido de sismicidad inducida relacionada con las operaciones de almacenamiento subterráneo de gas (el Proyecto Castor). En septiembre de 2013, después de que comenzaran las operaciones de inyección, la red sísmica española registró un aumento repentino de la sismicidad. Se registraron más de 1.000 eventos con magnitudes ( M L ) entre 0,7 y 4,3 (el terremoto más grande jamás asociado con operaciones de almacenamiento de gas) y ubicados cerca de la plataforma de inyección en aproximadamente 40 días. [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 UGS. Desde enero de 2015 fueron imputadas unas 20 personas que participaron en la transacción y aprobación del Proyecto Castor. [ cita requerida ]
Se ha demostrado que los cambios en los patrones de estrés de la corteza 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 hidrotérmicos convectivos naturales, están asociados con la sismicidad inducida. Los EGS implican el bombeo de 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 del yacimiento puede responder con una falla por tracción, como es común en la industria del petróleo y el gas, o con una falla por corte del conjunto de juntas existente de la roca, como se cree que es el principal mecanismo de crecimiento del yacimiento 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 and 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 prueba en Basilea, Suiza, ha sido cerrado debido a eventos sísmicos inducidos. En noviembre de 2017, un terremoto de 5,5 Mw golpeó la ciudad de Pohang (Corea del Sur) hiriendo a varias personas y causando daños extensos. La proximidad de la secuencia sísmica a un sitio EGS, donde se habían realizado operaciones de estimulación solo 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 EGS. [56] [57]
Los investigadores del MIT creen que la sismicidad asociada a la estimulación hidráulica se puede mitigar y controlar mediante la localización predictiva y otras técnicas. Con una gestión adecuada, se puede reducir la cantidad y la magnitud de los eventos sísmicos inducidos, lo que reduce significativamente la probabilidad de un evento sísmico dañino. [59]
La sismicidad inducida en Basilea provocó la suspensión del proyecto HDR. Se realizó una evaluación de riesgo sísmico que dio lugar a la cancelación del proyecto en diciembre de 2009. [ cita requerida ]
La fracturación hidráulica es una técnica en la que se inyecta un fluido a alta presión en las rocas del yacimiento de baja permeabilidad para inducir fracturas que aumenten 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 van desde −3 a 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 períodos de latencia sísmica con mínimos en volúmenes y presiones de inyección para la inyección de aguas residuales de fracturación hidráulica en Youngstown, Ohio. [63] De particular preocupación para la viabilidad del almacenamiento de dióxido de carbono de las plantas de energía a carbón y esfuerzos similares es que la escala de los proyectos de 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 demostrado inducir sismicidad. [64] Como tal, se debe realizar un modelado extenso de los futuros sitios de inyección para evaluar el potencial de riesgo de las operaciones de CCS, particularmente en relación con el efecto del almacenamiento de dióxido de carbono a largo plazo en la integridad de la roca de cobertura de esquisto, ya que el potencial de fugas de fluidos a la superficie puede ser bastante alto para terremotos moderados. [13] Sin embargo, el potencial de CCS para inducir grandes terremotos y fugas de CO2 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 puede realizarse 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 predecir 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 está sucediendo 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 que se esconden 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 general, la falla ocurrirá en fallas existentes debido a varios mecanismos: un aumento en la tensión de corte, una disminución en la tensión normal o un aumento de la presión de poro . [12] La inyección de CO2 supercrítico cambiará las tensiones en el yacimiento a medida que se expande, lo que provocará una falla potencial en las fallas cercanas. La inyección de fluidos también aumenta las presiones de poro en el yacimiento, lo que desencadena el deslizamiento en los planos de debilidad de las rocas existentes. Esta última es la causa más común de sismicidad inducida debido a la inyección de fluidos. [12]
Los criterios de falla de Mohr-Coulomb establecen que
con la tensión de corte crítica que conduce a la falla en una falla, la fuerza cohesiva a lo largo de la falla, la tensión normal, el coeficiente de fricción en el plano de falla y la presión de poro dentro de la falla. [12] [69] Cuando se alcanza, se produce una falla de 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 de carbono bajo tierra 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, hasta el momento no ha habido ningún evento sísmico importante asociado con la inyección de carbono, mientras que se han registrado eventos sísmicos causados por los otros métodos de inyección. Un ejemplo de ello es la sismicidad inducida enormemente aumentada en Oklahoma, EE. UU., causada 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 tasa de terremotos locales, dentro de los 2 a 6 días posteriores a la emisión por 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 relativamente pequeños desencadenados equivale al 1-17% de la tensión liberada por un terremoto fuerte en el área. [73] Se ha propuesto que los fuertes impactos EM podrían controlar la sismicidad ya que durante los períodos de los experimentos y mucho tiempo después, la dinámica de la sismicidad fue mucho más regular de lo habitual. [74] [75]
El riesgo se define como la probabilidad de sufrir el impacto de un evento en el futuro. El riesgo sísmico generalmente se estima combinando el peligro sísmico con la exposición y vulnerabilidad en un sitio o en una región. [14] El peligro de los terremotos depende de la proximidad a las fuentes de terremotos potenciales, y las tasas de ocurrencia de terremotos de diferente magnitud para esas fuentes, y 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 cierto nivel de temblor de tierra en un sitio. Los peligros de terremoto pueden incluir temblor 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 más pequeños que M L 5.0 con duraciones cortas, la preocupación principal es el temblor de tierra. [76]
Los temblores de tierra pueden provocar daños tanto estructurales como no estructurales [77] en edificios y otras estructuras. Se acepta comúnmente que los daños estructurales en las estructuras de ingeniería modernas ocurren solo en terremotos mayores de ML 5.0 . En sismología e ingeniería sísmica , los temblores de tierra se pueden 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 soportar fuerzas sísmicas, es posible que se produzcan daños estructurales moderados y se pueden percibir temblores muy fuertes cuando la PGA es mayor que el 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 ML 3.0. Para instalaciones críticas como represas y plantas nucleares, los niveles aceptables de temblores de tierra son inferiores a los de los edificios. [79]
Lectura ampliada: Introducción al análisis probabilístico de riesgos sísmicos (PSHA)
El análisis probabilístico de riesgo sísmico (PSHA, por sus siglas en inglés) es un marco probabilístico que tiene en cuenta las probabilidades de ocurrencia de terremotos y las probabilidades de propagación del movimiento del suelo. Mediante este marco, se puede cuantificar la probabilidad de exceder un cierto nivel de movimiento del suelo en un sitio, teniendo en cuenta todos los terremotos posibles (tanto naturales como inducidos). [80] [81] [82] [83] La metodología PSHA se utiliza para determinar las cargas sísmicas para los códigos de construcción tanto en los Estados Unidos como en Canadá, y cada vez más en otras partes del mundo, así como para proteger a las represas y plantas nucleares de los daños de los eventos sísmicos. [79] [80] [84]
La comprensión de los antecedentes geológicos del lugar es un requisito previo para la estimación del riesgo sísmico. Se tienen en cuenta 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 la posibilidad de que se produzcan fenómenos sísmicos. También se tienen en cuenta los registros de terremotos anteriores del lugar. [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 tasa y es la pendiente. y varían para diferentes fuentes. En el caso de los terremotos naturales, se utiliza la sismicidad histórica para determinar estos parámetros. Usando esta relación, el número y la probabilidad de terremotos que exceden una cierta magnitud se pueden predecir siguiendo los supuestos 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. Para la sismicidad inducida en contraste con 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 con el 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 arias (IA) son algunos de los parámetros que se utilizan para representar el movimiento del suelo. La propagación del movimiento del suelo desde la fuente hasta un sitio para un terremoto de una magnitud dada 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 las GMPE para terremotos naturales con el fin de aplicarlas a terremotos inducidos. [18] [89]
El marco PSHA utiliza las distribuciones de magnitudes de terremotos y la propagación del movimiento del suelo para estimar el peligro sísmico: la probabilidad de exceder un cierto nivel de movimiento 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, el peligro 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 habrá 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 determinados. La vulnerabilidad se define como el potencial de impacto a esas entidades, por ejemplo, daño estructural o no estructural a un edificio y pérdida de bienestar y vida para 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 de tierra. En regiones como Oklahoma sin mucha sismicidad natural histórica, las estructuras no están diseñadas para soportar fuerzas sísmicas y, como resultado, son más vulnerables incluso a niveles bajos de temblor de tierra, en comparación con las estructuras en regiones tectónicas como California y Japón.
El riesgo sísmico se define como la probabilidad de exceder un cierto nivel de impacto en el futuro. Por ejemplo, puede estimar la probabilidad de exceder un daño moderado o mayor a un edificio en el futuro. El peligro sísmico 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, a fin de tener en cuenta correctamente las correlaciones en el movimiento del suelo y los impactos. En el caso de la sismicidad inducida, el riesgo sísmico varía con el tiempo debido a los cambios en el peligro sísmico. [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 CO2 . [ 94]
Es más fácil predecir y mitigar la sismicidad causada por explosiones. Las estrategias de mitigación comunes incluyen limitar la cantidad de dinamita utilizada en una sola explosión y las ubicaciones de las explosiones. Sin embargo, para la sismicidad inducida relacionada con la inyección, todavía es difícil predecir cuándo y dónde ocurrirán los eventos sísmicos inducidos, así como las magnitudes. Dado que los eventos sísmicos inducidos relacionados con la inyección de fluidos son impredecibles, han atraído más la atención del público. La sismicidad inducida es solo una parte de la reacción en cadena de las actividades industriales que preocupan al público. Las impresiones hacia la sismicidad inducida son muy diferentes entre los diferentes grupos de personas. [95] El público tiende a sentirse más negativo hacia los terremotos causados por actividades humanas que hacia los terremotos naturales. [96] Dos partes principales de la preocupación pública están relacionadas con los daños a la infraestructura y el bienestar de los 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, surgen preguntas del público sobre si es apropiado realizar operaciones de petróleo y gas en esas áreas. Las percepciones públicas pueden variar según la población y la tolerancia de la gente local. Por ejemplo, en el área geotérmica de Geysers, con actividad sísmica 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 tomado 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 de riesgos y la tolerancia a la sismicidad inducida son subjetivas y están condicionadas por diferentes factores, como la política, la economía y la comprensión del público. [99] Los responsables de las 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 fundamental para cuantificar el riesgo futuro y puede utilizarse 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 continuos y en tiempo real de los temblores de tierra de la sismicidad inducida para sitios específicos. El TLS se implementó por primera vez en 2005 en una planta geotérmica mejorada en América Central. Para las operaciones de petróleo y gas, el más implementado es modificado por el sistema 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 de las operaciones y se informa a los reguladores. Si la sismicidad inducida alcanza los umbrales más grandes, las operaciones se detienen inmediatamente. El segundo tipo de sistema de semáforo establece solo un umbral. Si se alcanza este umbral, las operaciones se detienen. Esto también se llama "sistema de semáforo". Los umbrales para el sistema de semáforos varían entre países y dentro de ellos, dependiendo de la zona.
Sin embargo, el sistema de semáforos no es capaz de tener en cuenta los cambios futuros en la sismicidad. Puede que pase algún tiempo hasta que los cambios en las actividades humanas mitiguen la actividad sísmica, y se ha observado que algunos de los terremotos inducidos más grandes se han producido después de detener la inyección de fluidos. [100]
Las explosiones nucleares pueden causar actividad sísmica, pero según el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS), la actividad sísmica resultante es menos energética que la explosión nuclear original y, por lo general, no produce grandes réplicas. Las explosiones nucleares, en cambio, pueden liberar la energía de deformación elástica que estaba almacenada en la roca, lo que refuerza la onda de choque inicial de la explosión . [102]
Un informe de 2013 del Consejo Nacional de Investigación de Estados Unidos 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 concluyó que solo una fracción muy pequeña de las actividades de inyección y extracción entre los cientos de miles de sitios de desarrollo energético en Estados Unidos han inducido sismicidad a niveles perceptibles para el público. Sin embargo, aunque los científicos comprenden los mecanismos generales que inducen eventos sísmicos, no pueden predecir con precisión la magnitud o la ocurrencia de estos terremotos debido a la información insuficiente sobre los sistemas rocosos naturales y la falta de modelos predictivos validados en sitios de desarrollo energético específicos. [104]
El informe señaló que la fracturación hidráulica tiene un bajo riesgo de inducir terremotos que puedan ser sentidos por las personas, 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 significativos 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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