[미국] 폐수가 지진을 일으킨다?
2009년 이후 오클라호마주(Oklahoma) 중부지역에서 지진 발생이 크게 증가한 원인은 소규모 추출정에 폐수가 주입됐기 때문이라는 연구가 최근 사이언스(Science) 저널에 발표됐다.
코넬 대학교(Cornell University) 지구물리학 교수인 케티 케라넨(Katie Keranen) 교수는 오클라호마주에서 2008년부터 2013년까지 발생한 지진이 미국 중부와 동부 지진의 절반을 차지하며 높은 비율로 물이 처리된 지역에서 많이 발생했다고 밝혔다.
케라넨 교수는 “지진 발생은 셰일 가스와 비재래식 탄화수소개발로 인해 발생된 중요한 문제 중 하나”라고 말하면서 “우리의 연구결과는 지진을 일으킨 프로세스에 대해 통찰력을 제공하고 지진의 위험성을 크게 저감할 수 있는 표준 모범실무를 제안할 것”이라고 말했다. 모범실무에는 중요 단층 근처에서 폐수처분을 피하며 적절한 모니터링과 경감 전략이 있다고 덧붙였다.
이번 연구는 오클라호마주에 있는 4개의 최대 추출정(전체 우물의 0.05%)이 최근 미국 중부 2000제곱킬로미터에서 발생한 지진 20%를 일으킬 수 있는 능력이 있음을 보여줬다. 이는 재배치된 지진 진원지에서 모델화한 공극압 증대를 분석한 결과로 나타났다. 지진은 추출정으로부터 30km 떨어진 거리에서 발생됨을 제시했는데 이는 현행 지진 진단 거리인 5km를 크게 초과한 값이다. 아울러 추출정과 관련, 압력증대가 확장되면 거대한 단층을 만날 가능성이 높아지고 높은 진도의 지진을 일으킬 위험도 증대됨이 이번 연구에서 소개됐다.
케라넨 교수는 “폐수처분 지역에서 지진 및 지하 압력 모니터링은 일상적으로 이뤄지고 관련 자료는 공개되며 자세한 모니터링, 펌핑 부피와 압력에 대한 보고가 있어야 한다”고 전했다. 이어 “많은 주에서 데이터를 얻기가 오클라호마주보다 어렵다”면서 “데이터베이스가 국가적으로 표준화되고 독립적인 품질보증은 신뢰를 높일 것”이라고 케라넨 교수는 말했다.
한편 지난 몇 년 동안 발생한 미국 중부와 동부에서 발생한 지진의 수는 크게 증대하고 있다. 진도 3.0이상 되는 지진이 2010년부터 2012년에 300개 이상 발생했는데 이는 1967년부터 2000년에 관측된 연간 평균 발생건수 21건에 비해 매우 높은 수치이다.
지진이 증대한 원인은 ‘인간인가? 아니면 자연인가’라는 2개의 중요한 질문을 남긴다. 지진과 관련된 리스크를 감소시키기 위해 원인과 결과에 대응하면서 미래에 할 일은 무엇인가? 이에 미국 지질연구소(U.S. Geological Survey) 과학자들은 지진의 발생 비율 변화를 분석하고 해답을 찾고 있다.
이 연구소 과학자들은 어떤 지역의 지진 증대가 깊은 추출정으로 폐수의 투입과 일치함을 발견했다. 이 폐수의 많은 부분은 오일과 가스 생산 부산물이고 일상적으로 추출정에 유입돼 처분된다.
미국 지질연구소 지구물리학자인 윌리엄 엘스워스(Ellsworth)는 작년 사이언스에 발표된 연구를 통해 폐수 투입이 야기한 지진을 밝혔다. 그 연구는 일반적인 폐수처분처럼 깊은 추출정으로 유체가 주입되는 것에 포커스를 두고 당시 이벤트와 위험성을 평가하고 저감하기 위한 과학적 과제를 논의했다.
(참조: K. M. Keranen, M. Weingarten, G. A. Abers, B. A. Bekins, and S. Ge. Sharp increase in central Oklahoma seismicity since 2008 induced by massive wastewater injection. Science, 3 July 2014 DOI: 10.1126/science.1255802)
(참조 W. L. Ellsworth. Injection-Induced Earthquakes. Science, 2013; 341 (6142): 1225942 DOI: 10.1126/science.1225942)
Oklahoma earthquakes induced by wastewater injection by disposal wells, study finds
The dramatic increase in earthquakes in central Oklahoma since 2009 is likely attributable to subsurface wastewater injection at just a handful of disposal wells, finds a new study to be published in the journal Science on July 3, 2014.
The research team was led by Katie Keranen, professor of geophysics at Cornell University, who says Oklahoma earthquakes constitute nearly half of all central and eastern U.S. seismicity from 2008 to 2013, many occurring in areas of high-rate water disposal.
"Induced seismicity is one of the primary challenges for expanded shale gas and unconventional hydrocarbon development. Our results provide insight into the process by which the earthquakes are induced and suggest that adherence to standard best practices may substantially reduce the risk of inducing seismicity," said Keranen. "The best practices include avoiding wastewater disposal near major faults and the use of appropriate monitoring and mitigation strategies."
The study also concluded:
Four of the highest-volume disposal wells in Oklahoma (~0.05% of wells) are capable of triggering ~20% of recent central U.S. earthquakes in a swarm covering nearly 2,000 square kilometers, as shown by analysis of modeled pore pressure increase at relocated earthquake hypocenters.
Earthquakes are induced at distances over 30 km from the disposal wells. These distances are far beyond existing criteria of 5 km from the well for diagnosis of induced earthquakes.
The area of increased pressure related to these wells continually expands, increasing the probability of encountering a larger fault and thus increasing the risk of triggering a higher-magnitude earthquake.
"Earthquake and subsurface pressure monitoring should be routinely conducted in regions of wastewater disposal and all data from those should be publicly accessible. This should also include detailed monitoring and reporting of pumping volumes and pressures," said Keranen. 'In many states the data are more difficult to obtain than for Oklahoma; databases should be standardized nationally. Independent quality assurance checks would increase confidence. "
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