Enjeksiyon DepremleriEnjeksiyon Depremleri

FRACKINGFRACKING DEPREMLER VE İSTATİSTİKSEL ÖZELLİKLERİDEPREMLER VE İSTATİSTİKSEL ÖZELLİKLERİ

((HIGH RATE INJECTION IS ASSOCIATED WITH THE INCREASE IN U.S MID-CONTINENT SEISMICITYHIGH RATE INJECTION IS ASSOCIATED WITH THE INCREASE IN U.S MID-CONTINENT SEISMICITY))

‘Seda TEMEL, Ali Osman ÖNCEL Kaya Fiziği Ve 4D Sismoloji Dersi, Kasım 2015

Örnek Çalışma AlanıÖrnek Çalışma Alanı

Şekil 2: Şekilde ANSS katalogundan derlenmiş 1973-2014 yılları arasında M ≥0,0 büyüklüğünde depremlerin oluş yerleri gösterilmektedir. Beyaz renkli daireler enjeksiyon kuyuları ile ilişkili olmayan depremleri kırmızı daireler bölgede oluşan depremler ile konumsal ve zamansal olarak ilişkili depremleri göstermektedir.

Kuyu içine büyük oranlarda su, kum ya da kimyasal bir madde enjekte edilerek yüksek basınç altında kayacın kırıklanması ile doğal gaz ve petrol tespit edilmektedir. Yapılan son çalışmalar üretim sırasında açığa çıkan atık suyun kuyu içine tekrar enjekte edilmesinin depremler ile ilişkisi olduğunu göstermektedir. Bu tür oluşan depremlere “Fracking Depremler” denilmektedir. Amerika’da çalışılan bölgede deprem oluşum sıklığının artması, kuyulardan yer içine sıvı enjeksiyonu yapılması işleminin sismik aktiviteyi tetiklediği konusunu gündeme getirmiş ve bu konuda çalışmalar yapılmıştır. Bu yolla oluşan 2011 M 5.6 Prague depremi, 2011 M 5.3 Trinidad depremi, 2012 M 4.8 Timpson depremleri örnek olarak sayılabilir. Yapılan çalışmanın amaçları enjeksiyon kuyuları ile ilgili bilgiler içeren veri tabanını derlemek, çalışma alanında bulunan kuyuları bölgede artan sismik aktivite ile ilişkisine göre ayrıştırmak, istatistiksel anlamda kuyu enjeksiyon parametrelerini karşılaştırmaktadır.

Şekil 1: Bölgede aktif halde işletilen ve depremlerle ilişkili 2.sınıf enjeksiyon kuyularının harita üzerinde gösterimi. Aktif enjeksiyon kuyuları mavi renkli daireler ile gösterilmektedir. Enjeksiyon kuyularının zamana ve konuma bağlı dağılımı 15 km yarıçaplı alan için tanımlanmıştır. Depremlerin oluş zamanlarında aktif halde kullanılanlar sarı daire ile gösterilmiştir. Bölgede bulunan toplam kuyu sayısı 188.570’dir. Sağ alt köşede bulunan dairesel grafikte bölgede enjeksiyon kuyularının hangi eyaletlerde ne kadar bulunduğunu göstermektedir.

Şekil 9:A) Oklahoma, New Mexico, Arkansas ve Colorado da bulunan tuzlu su enjeksiyon kuyularında ölçülen maksimum kuyu başı basıncı. B) Aynı bölgede gelişmiş petrol üretimi yapılan kuyularda ölçülen kuyu başı basınçları. C ve D) Bu kuyularda ölçülen maksimum kuyu başı basıncının depremlerle ilişkisi. Kuyu başı basıncının depremlerle doğrudan ilişkili olduğu hakkında açık bir yönelim görememişlerdir.

Sonuç ve ÖnerilerSonuç ve Öneriler• Enjeksiyon kuyularının bölgede oluşan depremler ile ilişkisini kurarken konumsal ve zamansal süzgeç

uygulanması bu tür çalışmalarda çok önemlidir.• Amerika kıtasının orta bölümünde görülen sismik aktivite artışı hem zamanda hem de konumda enjeksiyon

kuyuları ile ilişkilidir.• Aylık 300 bin bbl’den yüksek enjeksiyon yapılan kuyuların depremle ilişki olasılığı artmaktadır.• Yapılan çalışma ölçeğinde kümülatif enjeksiyon hacmi, enjeksiyon basıncı ve temel kayaya olan yakınlık

bölgedeki sismik aktiviteyi etkilememektedir.• Kuyuda yapılan işlemler, kuyuya enjekte edilen sıvı oranından sonra en önemli ikinci parametredir.• Fraking Depremlerin izlenmesiyle ilgili olarak ulusal standartların belirlenemesi veya uluslararası standartlara

uygun izleme istasyonlarının kurulması endüklenen gerginliğe (induced-stress) neden olan üretim alanlarında (Petrol, Doğalgaz veya Maden) zorunlu tutulması gerekir.

• Fraking Depremlerin İstatistiksel Mekaniği üzerine derslerin enerji ve çevreyle ilgili bölümlerde seçmeli ders olarak açılması yararlı olur.

Katkı BelirtmeKatkı Belirtme• Weingarten, M., Ge, S., Godt, J. W., Bekins, B. A., & Rubinstein, J. L. (2015). High-

rate injection is associated with the increase in US mid-continent seismicity. Science, 348(6241), 1336-1340. çalışmasından yararlanılmıştır.

• https://www.youtube.com/watch?v=nxERv867ipY

Yapılan analizlerde enjeksiyon oranı kuyu işlem parametreleri arasında tetiklenen sismik aktivite olasılığını arttıran en önemli parametredir. Yüksek enjeksiyon oranı olan tuzlu su enjeksiyon kuyularının yakınlarında iki kat daha fazla deprem oluşmaktadır. Enjeksiyon oranının yüksek olması çevresel rezervuar basıncını büyük oranda etkiler, bu da deprem olasılığının artmasına faydaki gerilmenin değişmesine neden olur. Yüksek miktarda enjeksiyon yapılan kuyularda rezervuarın büyüklüğü ve uzanımı, fayın basınç dağılımı değişmektedir. Bu yapılan çalışmada diğer parametrelerin deprem ile ilişkisinin gücü saptanmamıştır. Petrol ve gaz endüstrisi bu işlem parametrelerini kullanarak enjeksiyon kuyuları nedeni ile oluşan deprem sayılarını azaltabilirler.

Bu konu hakkında yapılmış çalışmalarda bölgede meydana gelen depremlerin enjeksiyon işlemi yapılan kuyulara yakınlığı, enjeksiyon işleminin yapılma zamanı ve sismik aktivite arasındaki ilişkiler incelenmiştir. Bölgede bulunan enjeksiyon işlemi yapılan kuyularda yürütülen işlemler, jeolojik ve hidrojeolojik farklılıklarına göre kuyular sınıflandırılmıştır. Bu kuyuların deprem oluşturma potansiyelleri araştırılmıştır. Toplam enjekte edilen sıvı hacmi, enjeksiyon oranı, enjeksiyon basıncı,enjeksiyon derinliği,enjeksiyon yapılan derinliğin temel kayaya olan yakınlığı parametreleri göz önünde bulundurularak enjeksiyon işlemi ile sismik aktivite arasındaki ilişki izlenmiştir.

Şekil 3: Bölgede yer içine sıvı enjekte edilmesi ile tetiklenen ilişkili ve ilişkisiz depremler gösterilmektedir. Gri sütunlar Amerika’nın orta kısmında olan 3’ten büyük depremleri göstermektedir. Kırmızı sütunlar ise konumsal ve zamansal olarak enjeksiyon kuyuları ile ilişkili depremleri göstermektedir. Grafikte siyah çizgi kuyular ile ilişkisiz deprem sayılarını göstermektedir.

Çalışma alanında 1973-2014 yılları arasında ANSS (Advanced National Seismic System’s Comprehensive Earthquake Catalog) katalogundan alınmış büyüklüğü 3’ten fazla olan deprem veri seti kullanılmıştır. Enjeksiyon işlemi yapılan kuyuların depremlerle ilişkisini anlamak için zamana ve konuma bağlı ayrıştırma uygulanmıştır. Enjeksiyon kuyusunun bulunduğu 15 km’lik alanda deprem olmuş ise kuyu ile ilişkili olduğu varsayılmıştır. 5 kilometrelik yarıçap içerisinde kalan depremler tetiklenmiş deprem olarak kabul edilmektedir. CEUS bölgesinde depremin episantırının konumsal belirsizliği 10 km civarındadır. Zamana bağlı filtreleme de depremin olduğu zaman aktif haldeki kuyular seçilerek yapılmıştır.

Şekil 4: Üç farklı yarıçap için kuyu içi enjeksiyon oranı ile oluşan depremlerin ilişkisini gösteren grafikler. Kümülatif enjeksiyon hacmi toplamının sismik aktivite ile ilişkisi net bir dağılım göstermemektedir.

Şekil 5: Zamana bağlı sismik aktivite ile ilişkilendirilen kuyuların sayısının artışı. Bölgedeki kuyulara 15 km alanda kalan konumsal filtre ve ilgili depremin oluş zamanında aktif olan kuyular için zamansal filtre şeklinde süzgeç yapılmıştır. 2000 yılında ilişkili deprem sayısı 6129 iken 2014 yılında ilişkili deprem sayısı 18757 olmuştur.

Şekil 6: 1973-2014 yılları arasında olan depremlerin ANSS deprem katalogundan alınarak konumsal filtre uygulanması. Enjeksiyon kuyuları ile ilişkili depremlerin konumsal filtre yarıçapı ile ilişkisi doğrusal değildir. 15 km yarıçap ve 30 km yarıçap birbirine yakın ilişkili deprem sayıları çıkmıştır. Konumsal uzaklık arttıkça deprem sayısının artacağı beklendiğinden bu sonuç şaşırtıcı bulunmuştur. Bu yüzden çalışma kapsamında konumsal filtre 15 km olarak seçilmiştir.

Şekil 7:Çalışma yapılan bölgede meydana gelen (M ≥ 3.0)depremlerin enjeksiyon kuyuları ile ilişkisini göstermektedir. 2000’li yıllardan itibaren bu artış %22 civarında iken 2014 yılında bu artış %98 oranında olmuştur.