Injection rétrospective

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 19481 (2022) Citer cet article

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Il est de plus en plus reconnu que l’injection de fluides souterrains peut produire non seulement des tremblements de terre, mais également des glissements asismiques sur des failles. Un défi majeur dans la compréhension des interactions entre les glissements asismiques et sismiques liés à l’injection sur les failles est d’identifier le glissement asismique à l’échelle du champ, étant donné que la plupart des champs surveillés ne sont équipés que de réseaux sismiques. Nous présentons un flux de travail de modélisation pour évaluer la possibilité d'un glissement asismique, compte tenu des contraintes d'observation sur la distribution spatio-temporelle de la microsismicité, du débit d'injection et de la pression à la tête de puits. Notre modèle numérique simule simultanément des événements microsismiques discrets hors faille et un glissement asismique sur une faille principale lors de l'injection de fluide. Nous appliquons le flux de travail à l'épisode d'injection du système géothermique amélioré de 2012 à Cooper Basin, en Australie, qui visait à stimuler un réservoir granitique saturé d'eau contenant un (\(k = 10^{-13} - 10^{-12} \) \(\hbox {m}{^2}\)) zone de faille. Nous constatons que le glissement asismique a probablement contribué à la moitié du moment de libération total. De plus, l'affaiblissement des failles dû aux changements de pression interstitielle, et non le transfert de contrainte élastique dû au glissement asismique, induit la majorité des événements microsismiques observés, compte tenu de l'état de contrainte déduit. Nous dérivons un modèle théorique pour mieux estimer l'étendue spatiale, en fonction du temps, de la sismicité déclenchée par l'augmentation de la pression interstitielle. À notre connaissance, c'est la première fois qu'un glissement asismique induit par injection dans un réservoir granitique est déduit, ce qui suggère que le glissement asismique pourrait être répandu dans une gamme de lithologies.

Il est bien connu que l’injection de fluide dans les zones de failles peut produire une microsismicité et même des tremblements de terre dommageables1,2,3. Cependant, ce n’est qu’au cours de la dernière décennie qu’il a été reconnu que l’injection pouvait également provoquer un glissement asismique4,5,6. Si les secousses provoquées par les tremblements de terre liés à l'injection peuvent endommager les équipements et les bâtiments des champs de captage, le glissement asismique peut également avoir de graves conséquences en cisaillant et en endommageant le tubage de puits7, un résultat indésirable pour les opérations d'évacuation des eaux usées et de stimulation des réservoirs8. Même si les théories du glissement sismique/asismique induit par injection émergent d’études numériques et en laboratoire9,10,11, la validation des théories à l’échelle du terrain est entravée par le manque d’observations de glissement asismique.

Néanmoins, il existe de plus en plus de preuves d’un glissement asismique lors des opérations d’injection. Dans le sud du bassin du Delaware, au Texas, par exemple, la déformation de surface dérivée d'InSAR correspond bien à \(\sim\)20 cm de glissement asismique sur des failles normales conjuguées6 dans une unité de \(\sim\)1 km d'épaisseur comprenant de grès et de siltstones subarkosiques. La modélisation de la diffusion de pression induite par l'injection, confinée à une zone perméable de dommage de faille, et du glissement sur une faille avec un frottement de vitesse et d'état renforçant la vitesse, permet de contraindre les propriétés de transport de fluide de la zone de faille et l'augmentation de pression nécessaire pour reproduire le glissement asismique observé12. . Des expériences d'injection in situ de carbonates ont également produit un glissement asismique sur des failles, des expériences en laboratoire et des modélisations étant utilisées pour limiter les propriétés de friction et de transport des fluides9,13,14. Dans le bassin du Sichuan, en Chine, la déformation répandue du tubage des puits est attribuée au glissement des failles sismiques associé aux traitements de fracturation hydraulique, qui a considérablement entravé la production de gaz de schiste8. La fracturation hydraulique dans la Formation de Montney, en Colombie-Britannique, au Canada, a été liée à deux grands événements de glissement asismique (\(M_w\) 5,0 et 4,2) sur des failles de chevauchement à faible pendage, sur la base de la déformation de surface mesurée par InSAR15. L'extraction d'énergie géothermique au champ géothermique de Brawley, en Californie, a été associée à des essaims de tremblements de terre précédés d'un glissement asismique dans les roches sédimentaires5,16,17. Ces observations indiquent que le glissement de failles sismiques induit par injection pourrait être un phénomène répandu, mais potentiellement sous-détecté.

0.1 m/s) is induced. At \(\tau _0 = 12\) MPa (\(\tau _0 / f^{*}\sigma _0^{'} \approx 0.7\)), most events occur after day 14, inconsistent with the observations (Fig. 2B). At \(\tau _0 = 15\) MPa (\(\tau _0 / f^{*}\sigma _0^{'} \approx 0.9\)), the simulated cumulative seismic moment release best fits the observations. At \(\tau _0 = 17\) MPa (\(\tau _0 / f^{*}\sigma _0^{'} \approx 1\), the critically stressed fault condition), seismic events occur immediately after injection starts, also inconsistent with the observations./p> 0.1 m/s): direct weakening from pressure increase, \(-f_0 \Delta p\); shear stress loading from aseismic slip, \(\Delta \tau _{as}\); normal stress loading from aseismic slip, \(f_0 \Delta \sigma _{as}\). Dots show contributions of each mechanism as a function of cumulative counts of seismicity. (G) Secondary fault slip velocity evolution (at location marked in (E)). Inset shows friction coefficient versus slip velocity. (H) Contribution of main fault aseismic slip and pore pressure diffusion to inducing seismic slip at the secondary fault location marked in (E). \(\Delta \tau\): change in total shear stress./p>

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