Sismicidade induzida: como os seres humanos causam terremotos?

Os terremotos desencadeados pela atividade humana, conhecidos como sismicidade induzida, estão se tornando uma preocupação cada vez maior. Esses eventos podem ocorrer durante a injeção ou extração de fluidos em reservatórios de petróleo, gás, descarte de águas residuais ou reservatórios geotérmicos. Alguns casos de “terremotos induzidos descontroladamente” provocaram preocupações públicas e até interromperam projetos, como ocorreu em Basileia, Suíça, em 2006, ou causaram danos substanciais, como em Pohang, Coreia do Sul, em 2017. No entanto, uma pesquisa intensiva está revelando maneiras de evitar esses eventos descontrolados, como demonstrado no projeto geotérmico de Helsinque em 2018. A chave para prevenir sismos induzidos de grande magnitude está em compreender melhor os processos físicos subjacentes.

Em um estudo recente publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences, o Dr. Lei Wang e sua equipe da Seção GFZ “Geomecânica e Perfuração Científica,” em colaboração com pesquisadores da Universidade de Oslo, Noruega, revelam que a rugosidade das falhas pré-existentes e a heterogeneidade de tensão em reservatórios geológicos desempenham um papel crucial na geração desses eventos descontrolados.

A sismicidade induzida por injeção em laboratório destaca o papel fundamental da rugosidade da falha. A pesquisa combinou novos experimentos de injeção de fluido sob monitoramento acústico realizados no laboratório geomecânico da GFZ com resultados de modelagem numérica. O Dr. Wang destaca a descoberta emocionante de que falhas ásperas e suaves nas rochas se comportam de maneira diferente durante os experimentos de laboratório. Essa observação evidencia a localização progressiva da atividade microssísmica, indicando transferência de estresse antes de grandes eventos induzidos durante a injeção de fluido.

A rugosidade de falhas ativas e fraturas ao longo de falhas tectônicas, assim como de falhas pré-existentes, mas inativas, em reservatórios geológicos, é desafiadora de caracterizar. Para superar essa limitação, o grupo de pesquisa reduziu o tamanho à escala decimétrica, preparando falhas de laboratório com rugosidade superficial definida. Essas falhas foram pressurizadas para estados de tensão quase críticos usando um aparelho de compressão triaxial MTS. A injeção de fluido nas amostras, simulando a injeção em reservatórios geológicos, revelou informações valiosas sobre a evolução dos terremotos induzidos.

Ao comparar falhas suaves e ásperas, os pesquisadores observaram que o deslizamento induzido por injeção em falhas ásperas produz aglomerados espacialmente localizados de emissões acústicas, indicando taxas de escorregamento locais mais elevadas e um maior número de eventos significativos. Essa descoberta é crucial para medir o “valor b de Gutenberg-Richter”, uma medida de estresse, e sugere que a monitorização em tempo real da injeção de fluidos em reservatórios geológicos pode ajudar a identificar processos de localização antes da ocorrência de grandes eventos induzidos.

Para avaliar a relevância dos experimentos de laboratório, os autores compilaram conjuntos de dados de sismicidade induzida em diferentes escalas, desde experimentos laboratoriais até a fraturação hidráulica em reservatórios geológicos em todo o mundo. A eficiência da injeção sísmica, que mede a relação entre a energia emitida em terremotos e a energia hidráulica injetada, separa as rupturas controladas por pressão das rupturas descontroladas. O estudo destaca a importância de adaptar métodos sismológicos clássicos para analisar terremotos em laboratório, proporcionando uma compreensão mais detalhada dos processos de deformação das rochas.

O objetivo final desse esforço de pesquisa é controlar e evitar grandes terremotos induzidos. O Prof. Marco Bohnhoff, chefe da Seção de Geomecânica e Perfuração Científica da GFZ, enfatiza a importância de novas abordagens no processamento de dados e ajuste de métodos sismológicos clássicos para analisar terremotos, agora também em laboratório. Estudos como o publicado por Wang e sua equipe apresentam o potencial para mitigar os riscos sísmicos provocados pelo ser humano, uma pré-condição fundamental para ganhar aceitação pública ao utilizar o subsolo geológico para armazenamento e extração de energia, elementos cruciais na transição energética.