Photo: The TyeeMa traduction libre d'un reportage d'Andrew Nikiforuk publié dans The Tyee.
Les chercheurs ont besoin de plus de données sismiques afin de comprendre les dangers propres aux séismes artificiels.
L'un des plus éminents experts du Canada en matière de risques sismiques a récemment dit à un auditoire composé d'ingénieurs de Calgary que les séismes provoqués par la fracturation hydraulique peuvent dépasser "ce que les risques naturels posaient en premier lieu" et sont des dangers pour les infrastructures strictement construites pour résister aux risques des séismes naturels.
Aussi, les séismes créés par le fracking peuvent produire davantage de mouvement des sols dommageables à des magnitudes plus faibles que les séismes naturels à cause du fait qu'ils se produisent à faible profondeur, dit Gail Atkinson, la chaire de recherche industrielle du SERC/TransAlta/Nanometrics sur les risques causés par la séismicité induite à l'université Western en Ontario.
Les séismes naturels se produisent habituellement en moyenne à une profondeur de 10 kilomètres, tandis que les secousses provoquées par l'industrie sont beaucoup moins profondes et plus près de la surface où les gens peuvent les ressentir davantage.
Typiquement, les séismes naturels causent des dommages structurels dans des édifices quand ils sont d'une magnitude de 5,0, selon Atkinson. Mais les séismes provoqués par le fracking pourraient possiblement causer des mouvements du sol dommageables à des magnitudes aussi faibles que 3,5 à 4,0 à cause du fait qu'ils sont moins profonds.
La fracturation hydraulique crée à dessein des centaines d'évènements micro-sismiques en fissurant des formations géologiques profondes ou près de la surface à l'aide d'injections d'eau, de sable et de produits chimiques. Mais la technologie, qui ne peut pas encore prédire où toutes les fractures se produiront, a activé des failles et des glissements en Ohio, en Oklahoma, en Angleterre, en Colombie-Britannique et en Alberta, créant ainsi des séismes qui ont fait les manchettes depuis les 3 dernières années.
Les séismes fait de main d'homme sont peut-être le sujet de l'heure en ce moment, mais ne sont pas nouveaux, explique Atkinson.
Depuis les années 1920, des ingénieurs pétroliers ont déclenché des séismes soit en faisant l'extraction de fluides ou en injectant des fluides. L'extraction de gaz sulfureux du développement Strachan à Rocky Mountain House, en Alberta, par exemple, a déclenché une série de séismes durant les années 1980 en dépressurisant la formation. Plusieurs séismes ont brassé la région encore une fois l'an passé, dont le plus important mesurait 3,9 et a causé une panne de courant dans la région.
L'extraction du gaz naturel du champs d'exploitation Gronigen dans le nord de la Hollande a causé l'effondrement du sol, provoquant des séries de séismes qui ont endommagé des centaines de maisons depuis quelques années.
Les puits d'injections et d'entreposage, où l'on pompe à grande pression des déchets ou des saumures à grande profondeur, ont causé une panoplie de séismes au Colorado, en Ohio et au Texas en surpressurisant le roc et déclenchant des fissures.
L'injection de fluides dans des projets géothermiques, une autre forme de fracturation hydraulique, a aussi causé des séries de séismes importants en Californie, en Australie et en Europe.
"Ce qui est nouveau, c'est la fréquence de séismicité induite. Depuis les 5 dernières années, il y a eu une augmentation très remarquée au coeur des États-Unis," dit Atkinson.
L'Oklahoma est maintenant plus actif séismiquement parlant que la Californie, si on regarde le nombres de séismes de magnitude de plus de 3,0 par année et par kilomètre carré.
Un séisme a détruit 14 résidences et blessé 2 personnes à Prague, en Oklahoma en 2011. En 2014, des scientifiques ont blâmé d'immenses puits d'injections d'eaux usées à grand volume pour l'augmentation des séismes.
L'an passé, le U.S. Geological Survey a prévenu les résidents de cet état de se préparer à "des risques à la hausse." Des avertissements similaires sont maintenant émis dans la région au nord du Texas, le lieu de naissance de la révolution du gaz de schiste et de la fracturation hydraulique.
Les séismes canadiens sont différents
Les séismes causés par l'industrie sont aussi à la hausse en Colombie-Britannique et en Alberta, mais l'expérience canadienne est différente de celle aux É.U.
"Aux É.-U., nous observons beaucoup d'activité sismique causée par l'injection de fluides, et au Canada, l'activité semble être davantage provoquée par la fracturation hydraulique," disait Atkinson durant sa présentation.
Les séries de séismes dans le schiste de Montney en C.-B. et dans le schiste Duvernay en Alberta, où l'industrie fait des fracturations à grand volume pour fissurer le roc, partagent maintenant la réputation mondiale des plus importantes secousses déclenchées par la technologie jusqu'à date: une ampleur de 4,4.
Ces évènements ont motivés les chercheurs des É.-U. d'aller revoir leurs données sismiques pour vérifier s'ils n'auraient pas vu des signaux sismiques causés par des opérations de fracking, selon Atkinson.
Atkinson donne comme exemple la récente série de séismes à Fox Creek, en Alberta, presque certainement provoquée par la fracturation hydraulique faite dans des puits horizontaux, comme étant une "nouvelle source sismique" dans la région.
Le nombre de séismes dans une région source de secousses suit une distribution d'évènements reconnus dans une proportion relative de séismes de faible et grande ampleur: pour chaque 100 séismes de magnitude 3,0, on s'attend à avoir environ 10 séismes de magnitude 4,0 et un de 5,0.
Des scientifiques sont toujours à étudier les séismes artificiels pour savoir si ils ont une distribution semblable. L'évènement à Fox Creek semble le faire, ce qui fait que l'évènement récent de magnitude 4,4 n'est pas si surprenant que cela.
Ces évènements provoqués par l'activité humaine sont tellement plus fréquents dans une région à faible activité sismique comme Fox Creek et la majorité de l'Alberta qu'ils pourraient mettre au défi l'adéquation des évaluations courantes des risques sismiques utilisées présentement pour établir le code du bâtiment et des infrastructures essentielles.
"Dans des environnements à faible sismicité comme Fox Creek où les séismes naturels sont rares, les risques venant d'un évènement sismique artificiel peuvent dépasser les risques venant d'une source naturelle," prévient Atkinson.
L'industrie ne partage pas ses données
Selon l'évaluation préliminaire d'Atkinson, presque un puits sur cinq dans la région de Fox Creek pourrait provoquer de l'activité sismique.
En ce moment, les scientifiques n'ont pas les moyens pour prédire de façon précise si un puits horizontal sur cinq provoquera un séisme artificiel ressenti, ou si un puits sur 1,000 le fera. L'industrie ne sait tout simplement pas où se trouvent toutes les failles, ou les possibilités de provoquer du mouvement dans des failles géologiques.
Ils ne connaissent pas non plus jusqu'à quel point un séisme causé par la fracturation hydraulique peut prendre de la puissance et devenir destructrice. Afin de diminuer l'incertitude, Atkinson plaide pour plus de données sismiques et un accès libre à ces données, ainsi qu'un accès rapide aux données opérationnelles.
De nombreuses compagnies pétrolières et gazières colligent elles-mêmes leurs données sismiques, mais ne partagent pas cette information avec le public, ni avec les scientifiques en sismicité.
"Il y a des centaines et des centaines de scientifiques qui travaillent sur cette question en ce moment, mais ils ne sont pas capable d'accéder à ces données, il n'y a pas d'avantages scientifiques pour les colliger," dit Atkinson.
En Alberta, deux ou trois années peuvent s'écouler avant que les régulateurs sortent un rapport sur des évènements sismiques causés par l'industrie pétrolière et gazière.
Quand on lui demande comment on pourrait améliorer comment la façon dont le public perçoit l'industrie, Atkinson recommande à l'industrie qu'elle "arrête de faire des affirmations sur ce qui ne peut pas se produire" avec la fracturation hydraulique, et se concentre à la place d'améliorer les prédictions de vraisemblance.
Il y a deux ans, des experts de l'industrie affirmaient que les évènements sismiques causés par la fracturation hydraulique ne pourraient jamais être ressentis à la surface et ne pourraient jamais être une nuisance, et encore moins un danger.
Des scientifiques ont fait des affirmations semblables durant les années 1960 et 1970 au sujet des risques sismiques venant des centrales nucléaires qui se sont souvent avérées fausses quand il s'agit de prédire où les séismes pourraient se produire, ajoute Atkinson.
Atkinson a fait sa présentation devant la société de géo-physiciens Canadian Society of Exploration Geophysicists à Calgary le 29 janvier.
Une publication de 2012 du groupe reconnaissait il y a trois ans que la fracturation hydraulique pouvait activer les failles géologiques et causer d'importants séismes ressentis avec des mouvements puissants du sol.
"De la perspective d'activation des failles, souvent ceci est une conséquence indésirable de stimulations hydrauliques si ces failles fournissent des passages aux fluides pour échapper de la formation," lisait-on dans l'article. "Encore une fois, être capable de situer ces failles dans le réservoir de stimulation est d'une préoccupation primordiale. Finalement, si ces évènements génèrent des mouvements du sol assez importants pour être ressentis à la surface, alors il y a un besoin d'évaluer les risques sismiques sur le terrain pour pouvoir répondre aux questions, à savoir où est-ce que les mouvements seront les plus intenses et selon quelles normes les équipements devront être construits pour résister à de tels mouvements."
Dans une présentation récente faite par Usman Ahmed, le vice-président de Baker Hughes, une importante compagnie de fracking, il soulignait la nature chaotique et non-linéaire de fissurer la roche de schiste qui se trouve déjà très stressée.
Ahmed disait que 70% des puits non conventionnels aux É.-U., même ceux qui sont fracturés, ne rencontrent pas leurs cibles de production; que 60% de toutes les étapes de fracturations sont inefficaces; et que 73% des opérateurs disent qu'ils n'en savent pas assez sur la subsurface, et encore moins sur la localisation des failles.
Il termina sa présentation en disant que l'industrie "évite les failles et les géorisques."
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Fracking Quakes Pose Added Risks and Require Study, Expert Warns
Researchers need more seismic data to understand unique hazards.
By Andrew Nikiforuk published in TheTyee.ca
One of Canada's foremost experts on earthquake hazards recently told an audience of Calgary engineers that earthquakes triggered by hydraulic fracturing can exceed "what the natural hazard was in the first place" and pose risks to infrastructure only built to withstand natural earthquake hazards.
As well, earthquakes induced by fracking can produce more damaging ground motion at lower magnitudes than natural quakes due to their shallowness, said Gail Atkinson, the NSERC/TransAlta/Nanometrics Industrial Research Chair in Hazards from Induced Seismicity at Ontario's Western University.
Natural earthquakes have an average depth of 10 kilometres, whereas industry-made tremors are much shallower and closer to the ground surface where people can feel them more strongly.
Natural earthquakes typically cause structural damage in buildings at a magnitude of 5.0, Atkinson said. But earthquakes triggered by fracking could possibly cause damaging ground motions at magnitudes as low as 3.5 to 4.0, due to their shallowness.
Hydraulic fracturing intentionally creates hundreds of microseismic events by cracking deep or shallow hydrocarbon formations with high-fluid injections of water, sand and chemicals. But the technology, which can't yet model where all the fractures will go, has activated faults and slips in Ohio, Oklahoma, England, British Columbia and Alberta, creating headline-making earthquakes in the last three years.
Man-made earthquakes may be "a hot topic now," but they are not a new issue, Atkinson explained.
Since the 1920s, petroleum engineers have set off earthquakes either by fluid extraction or fluid injection. The withdrawal of sour gas from the Strachan pool in Rocky Mountain House, Alberta, for example, triggered a swarm of earthquakes in the 1980s by depressurizing the formation. Several quakes rocked the region again last year, the largest of which had a magnitude of 3.9 and caused a power outage in the region.
The extraction of natural gas from the Gronigen field in northern Holland has caused the land to sink, sparking swarms of earthquakes that have damaged thousands of homes in recent years.
Injection and disposal wells, which pump waste or salt water at high pressure deep into the ground, have caused a variety of earthquakes in Colorado, Ohio and Texas by over-pressuring rock and triggering faults.
Fluid injection at geothermal projects, another form of hydraulic fracturing, has also caused significant swarms of earthquakes in California, Australia and Europe.
"What has changed are the rates of induced seismicity. In the last five years, there has been a very noticeable increase in the central United States," said Atkinson.
Oklahoma is now more seismically active than California, as measured by the number of earthquakes of magnitude 3.0 and greater per year, per square kilometre.
One earthquake destroyed 14 homes and injured two people in Prague, Oklahoma in 2011. In 2014, scientists blamed massive high volume wastewater injection wells for the increased seismicity.
Last year, the U.S. Geological Survey warned the state's residents to prepare for "increased hazard." A similar warning has now been issued for North Texas, home to the shale gas and fracking revolution.
Canadian quakes differ
Industry-made earthquakes have also been on the rise in British Columbia and Alberta, but the Canadian experience is different than the U.S. one.
"In the U.S. we are seeing a lot of seismic activity from fluid injection, and in Canada more of the activity seems to be triggered by hydraulic fracturing," Atkinson said during her talk.
Earthquake swarms in B.C.'s Montney shale and Alberta Duvernay shale basin, where industry uses high-volume fracks to crack rock, now likely share the global distinction of generating the largest tremors set off by the technology to date: 4.4 magnitude.
These events have sent U.S. researchers back to look at their seismic data to see if they've missed seismic signals from fracking operations, Atkinson said.
Atkinson cited the recent Fox Creek, Alberta earthquake swarm, almost certainly triggered by the hydraulic fracturing of horizontal wells, as an example of "a new seismic source" in the region.
The number of earthquakes in a seismic source follows a well-known distribution in the relative proportion of small to large earthquakes, so that for every 100 magnitude 3.0 earthquakes, we should expect about 10 magnitude 4.0 earthquakes and one magnitude 5.0 earthquake.
Scientists are still investigating whether induced earthquakes follow this same distribution. The events in Fox Creek appear to do so, which is why the recent event of magnitude 4.4 is not entirely surprising.
These man-made events are so much more frequent in a low seismic area such as Fox Creek and most of Alberta that they could challenge the adequacy of current seismic hazard assessments now used to set current building and critical infrastructure codes.
"In low seismic environments like Fox Creek where the natural earthquakes are infrequent, the hazards from an induced seismic event can exceed the hazards from a natural source," warned Atkinson.
Industry doesn't share data
According to Atkinson's preliminary estimate, as many as one in five wells in the Fox Creek region may be triggering seismic activity.
Right now, scientists have no accurate way of predicting whether one-in-five horizontal wells will provoke a felt man-made earthquake, or whether one-in-1,000 wells will do so. The industry simply doesn't know where all the faults are, nor the likelihood of triggering fault movement.
Nor do they know how large or destructive an earthquake trigged by hydraulic fracturing might be. To reduce uncertainty, Atkinson appealed for more seismic data and open access to that data, as well as timely access to operational data.
Many oil and gas companies currently collect their own seismic data, but do not share this information with the public or earthquake scientists.
"There are hundreds and hundreds of scientists working on this issue right now, but if they are not able to see the data, there is no scientific benefit from collecting it," Atkinson said.
In Alberta, two or three years may pass before regulators report on earthquake events caused by the oil and gas industry.
Asked how to improve the industry's public perception, Atkinson recommended that it "stop making statements about what can't happen" with hydraulic fracturing, and instead focus on improving the estimates of likelihood.
Two years ago, industry experts argued that seismic events caused by fracking could never be felt at the surface and could never be a nuisance, let alone a hazard.
Scientists made similar claims in the 1960s and 1970s about seismic risks to nuclear power plants and were repeatedly proven wrong in terms of what earthquakes could happen where, added Atkinson.
Atkinson made her presentation to the Canadian Society of Exploration Geophysicists in downtown Calgary on Jan. 29.
A 2012 publication of the organization recognized three years ago that hydraulic fracturing can activate faults and cause significant felt earthquakes with powerful ground motions.
"From the perspective of fault activation, often this is an undesirable consequence of hydraulic stimulation if these faults provide pathways for fluid to escape formation," said the article. "Again, being able to position these faults with respect to the reservoir stimulation is of prime concern. Finally, if these events are generating ground motions large enough to be felt on surface, then there needs to be an assessment of the seismic hazard on site to answer questions about where shaking may be most intense and to what standards equipment needs to be built to withstand such motion."
A recent talk by Usman Ahmed, the vice president of Baker Hughes, a major fracking company, highlighted the chaotic and non-linear nature of cracking shale rocks which are already under high stress.
Ahmed said that 70 per cent of unconventional wells in the U.S., even with fracking, do not met their production targets; that 60 per cent of all fracture stages are ineffective; and that 73 per cent of operators say they do not know enough about the subsurface, let alone where the faults are.
He ended his talk by asking that the industry "avoid faults and geohazards." [Tyee]
Link: http://thetyee.ca/News/2015/02/02/Fracking-Quakes-Study-Required/
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