Trong thập kỷ qua, những người sống trên khắp miền Trung Hoa Kỳ đã trải qua nhiều trận động đất từ nhỏ đến trung bình hơn bao giờ hết. Ví dụ, mặc dù Oklahoma nằm xa ranh giới giữa các mảng kiến tạo, hoạt động địa chấn bắt đầu gia tăng ở đó vào khoảng năm 2009 và đạt đỉnh trong năm 2015 và đầu năm 2016. Trước năm 2009, Oklahoma thường chỉ trải qua một hoặc hai trận động đất nhỏ với cường độ lớn hơn 3,0. mỗi năm. Đến năm 2015, con số này đã tăng lên hơn 900 trận động đất hàng năm, 30 trận trong số đó có cường độ thời điểm lớn hơn 4,0 (đủ mạnh để gây ra tàn tích). Một trận động đất với cường độ 5,7 độ richter xảy ra gần thị trấn Prague, Okla., Vào năm 2011 do một lỗi đã tồn tại trước đó và gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho một số ngôi nhà và trường học. Trong sáu năm qua, hơn 1,500 báo cáo về các sự kiện rung chuyển hủy diệt đã được ghi lại trong các khu vực yên bình trước đây. Sự gia tăng địa chấn đó có thể là do các hoạt động công nghiệp của con người gây ra. Khoảng tám triệu người sống trong các khu vực có gia tăng động đất, và các quan chức chịu trách nhiệm về an toàn công cộng muốn hiểu lý do của sự gia tăng và các mối đe dọa tiềm tàng đối với xã hội.
Nguyên nhân của các sự kiện động đất gây ra.
Các nhà khoa học Trái đất đã tham gia thử thách để hiểu rõ hơn về các trận động đất gây ra. Các bằng chứng khoa học đã chứng minh rằng một số trận động đất là do các hoạt động công nghiệp của con người gây ra, phần lớn là do xử lý nước thải mặn chiết xuất từ dầu và khí trong các giếng sản xuất. Hầu hết các trận động đất gây ra được cho là được tạo ra bởi sự thay đổi áp suất chất lỏng gần các đứt gãy sâu đã có từ trước. Chất lỏng nước thải trong các giếng thải sâu thường nằm dưới lòng đất hơn một dặm, và việc xử lý nước thải làm tăng áp lực lên chất lỏng đã chiếm không gian lỗ rỗng. Sự gia tăng áp suất đó không bị dập tắt hoặc làm suy yếu đứt gãy, do đó khiến động đất dễ dàng xảy ra hơn.
Giả thuyết giải thích nguyên nhân của các trận động đất gây ra đã được chứng thực trong một thí nghiệm ở Rangely, Colo., Năm 1969, trong đó áp suất chất lỏng trong hồ chứa được nâng lên và hạ xuống bằng cách bơm. Các trận động đất trở nên thường xuyên hơn khi áp suất được nâng lên, như giả thuyết đã dự đoán, và hiếm khi áp suất giảm xuống. Đứt gãy thủy lực (fracking) —một quá trình thu hồi khí và dầu mỏ sử dụng phương pháp phun chất lỏng để mở các khe nứt trong đá để cho phép khí hoặc dầu thô bị mắc kẹt chảy qua một đường ống đến đầu giếng ở bề mặt — cũng được chứng minh là gây ra động đất và được phát hiện là nguyên nhân chính gây ra động đất ở British Columbia và miền tây Alberta cũng như một số địa điểm ở Hoa Kỳ. Tuy nhiên, bản thân Fracking không phải là nguyên nhân chính gây ra hoạt động động đất ở Oklahoma và một số nơi khác ở Mỹ,nơi mà các trận động đất chủ yếu là do nước thải phun ra. Một trận động đất khai thác chất lỏng đáng chú ý, một sự kiện 4,8 độ richter, diễn ra vào tháng 10 năm 2011 gần Fashing, Texas. Các trận động đất gây ra khác được kích hoạt bởi việc lấp đầy các hồ chứa ở Nevada và Nam Carolina. Trong hầu hết các trường hợp, các hoạt động công nghiệp như vậy không kích thích động đất. Tốc độ và khối lượng phun chất lỏng, định hướng đứt gãy, ứng suất tích lũy và đặc tính của đá đều cần phải tối ưu để gây ra động đất.Các định hướng đứt gãy, ứng suất tích lũy và đặc tính của đá đều cần phải tối ưu để gây ra động đất.Các định hướng đứt gãy, ứng suất tích lũy và đặc tính của đá đều cần phải tối ưu để gây ra động đất.
Các nhà khoa học đã nghiên cứu các đứt gãy và cả động đất tự nhiên và động đất gây ra để hiểu rõ hơn và dự đoán quy mô và vị trí của các trận động đất gây ra trong tương lai. Độ lớn hoặc kích thước của trận động đất có liên quan đến khu vực bị đứt gãy trên đứt gãy. Các nhà khoa học đã xem xét kỹ lưỡng hồ sơ của một số ví dụ về các trận động đất tự nhiên lịch sử đã xảy ra trong 300 năm qua ở miền trung và miền đông Hoa Kỳ, bao gồm sự kiện mạnh 7,3 độ Richter vào năm 1886 gần Charleston, SC, và một loạt các trận động đất khoảng 7,5 độ richter xảy 1811–12 gần New Madrid, Mo. Động đất ở miền đông Bắc Mỹ xảy ra dưới dạng một đám hoạt động địa chấn trên các đứt gãy không được nhận diện ở trung tâm Virginia, đông Tennessee, đông Canada và New England. Nhiều sự kiện trong số đó có trước các hoạt động công nghiệp và do đó rất có thể không liên quan đến các hoạt động của con người.Trong vài năm qua, các nhà khoa học đã tranh luận về việc liệu các trận động đất gây ra có thể gây ra các trận động đất lớn trên các đứt gãy cổ gần đó, trong đó các ứng suất tích tụ sẵn sàng giải phóng hay không. Trận động đất ở Prague, Okla., Năm 2011 đã trả lời câu hỏi đó bằng cách chứng minh rằng các trận động đất lên tới 5,7 độ Richter có thể bị vỡ do các đứt gãy dài đã có từ trước. Do đó, sự hiện diện của các đứt gãy cổ là một yếu tố quan trọng trong việc dự báo chính xác quy mô của một trận động đất. Tuy nhiên, quy mô và vị trí của các đứt gãy vẫn chưa được hiểu rõ ở nhiều nơi trên khắp miền trung và miền đông Hoa Kỳ, chẳng hạn như Oklahoma, và các nỗ lực khoa học đang được tiến hành bởi Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ, các cơ quan liên bang và tiểu bang khác cũng như các tổ chức học thuật và hợp tác với ngành công nghiệp dầu khí để xác định vị trí của những nơi có khả năng nguy hiểm nhất.
Sự kiện ở Prague năm 2011 là trận động đất gây ra lớn nhất được ghi nhận ở Mỹ cho đến khi một trận động đất 5,8 độ Richter xảy ra vào năm 2016 gần Pawnee, Oklahoma, có thể đã được gây ra. Tuy nhiên, các trận động đất gây ra mạnh hơn đã được quan sát thấy ở những nơi khác. Gần Koynanagar, Ấn Độ, vào năm 1967, một cơn chấn động kinh hoàng 6,3 độ richter được nghi ngờ là do lượng nước tích trữ trong hồ chứa cao, và hoạt động rút khí ở Uzbekistan có thể là nguyên nhân gây ra trận động đất tự nhiên mạnh 7,0 độ richter vào năm 1976 và 1984. Dữ liệu như vậy cho thấy có thể xảy ra các trận động đất gây ra lớn hơn ở Praha. Ngoài ra, các nhà địa chất đã nhận ra các đứt gãy và đứt gãy động đất thời tiền sử được tạo ra bởi các trận động đất mạnh 7,0 độ Richter ở Oklahoma và Colorado. Các nghiên cứu về động đất ở nội địa lục địa bên ngoài Hoa Kỳcho thấy những trận động đất tự nhiên lớn như vậy có thể xảy ra ở xa ranh giới mảng. Nhiều nhà khoa học tin rằng các trận động đất gây ra cũng có thể gây ra các trận động đất lớn trên các đứt gãy cổ chưa được phát hiện. Tuy nhiên, nếu một sự kiện gây ra với cường độ lớn hơn 5,6 dẫn đến kết quả, nó sẽ có nhiều khả năng có cường độ gần 6,0 hơn là 7,0, tương tự như các trận động đất gây ra ở các vùng tương tự.
Tăng nguy cơ động đất.
Cả động đất tự nhiên và động đất đều gây ra mức độ rung chuyển mặt đất tương tự nhau. Tuy nhiên, khi so sánh với các trận động đất tự nhiên, các trận động đất gây ra thường nông hơn và có thể không làm rung chuyển mặt đất dữ dội ở xa tâm chấn của trận động đất. Mặc dù đã quan sát thấy sự khác biệt nhỏ về độ rung lắc giữa hai loại, nhưng vẫn cần nghiên cứu thêm để hiểu được các đặc tính rung lắc đó.
Các dự báo về rung chuyển mặt đất do Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ thực hiện chỉ ra rằng các trận động đất gây ra làm tăng nguy cơ ở Oklahoma và những nơi khác nơi các quy trình công nghiệp ảnh hưởng đến căng thẳng trong lòng đất, như được thể hiện trong dự báo một năm 2016 cho cả động đất tự nhiên và động đất gây ra. Tính toán nguy cơ yêu cầu thông tin về địa điểm và tần suất có thể xảy ra động đất, kích thước tối đa của chúng và mức độ rung chuyển có thể xảy ra trên mặt đất. Để dự báo tần suất động đất gây ra năm 2016, các nhà khoa học đã cân nhắc rất nhiều đến tần suất động đất năm 2015, sử dụng lý thuyết địa chấn tiêu chuẩn — với các trận động đất gây ra lớn nhất dự kiến thường có cường độ nhỏ hơn hoặc bằng 6,0 — và áp dụng một mô hình chuyển động trên mặt đất mới cung cấp ước tính tốt hơn về rung lắc đối với các trận động đất nông.
Kết quả cho thấy Oklahoma, Kansas, Texas, Arkansas, New Mexico và Colorado có xác suất rung chuyển lớn hơn 1/100 trong năm 2016, với khả năng cao nhất (khoảng 1/10) xảy ra ở các vùng phía bắc Oklahoma và nam Kansas . Các trận động đất gây ra theo dự báo được cho là có khả năng gây ra tàn tích ở khu vực đó nếu hoạt động công nghiệp tiếp tục không suy giảm. Trên cơ sở những dự đoán đó, ít người ngạc nhiên khi một trận động đất mạnh 5,1 độ Richter xảy ra gần Fairview, Okla., Vào ngày 13 tháng Hai.
Tuy nhiên, tần suất động đất ở khu vực đó dường như đã giảm trong khoảng thời gian từ năm 2015 đến năm 2016. Trong nửa đầu năm 2016, số trận động đất xảy ra gần Irving và Dallas, chẳng hạn, đã giảm từ khoảng bốn trận có cường độ 3,0 độ richter trở lên xuống còn không. Việc giảm đó có thể liên quan đến giá dầu (đã giảm đáng kể trong năm 2015 và 2016, do đó làm giảm việc khai thác và bơm nước thải) và các hành động quản lý làm giảm lượng nước thải được bơm vào các lỗ khoan sâu. Dữ liệu ban đầu cung cấp hy vọng rằng tỷ lệ các trận động đất gây ra sẽ tiếp tục giảm trong năm 2016; tuy nhiên, các hoạt động phun vẫn tiếp tục ở những khu vực có tốc độ địa chấn cao, và người ta không biết liệu khối lượng phun thấp hơn sẽ loại bỏ các trận động đất gây ra hay chỉ trì hoãn chúng.
Trong khi sự gia tăng tần suất động đất gây ra là đáng chú ý nhất ở miền trung Hoa Kỳ, các trận động đất gây ra cũng đã được quan sát thấy tại một số địa điểm ở California, bao gồm các mạch nước phun và các khu vực năng lượng địa nhiệt Coso. Ngoài ra, một nghiên cứu năm 2015 cho thấy những thay đổi nhỏ về tỷ lệ động đất trên khắp miền nam California và lưu ý rằng hoạt động gây ra bổ sung có thể xảy ra gần các địa điểm có hoạt động khai thác dầu mỏ. Vì tỷ lệ các trận động đất tự nhiên ở khu vực đó cao hơn nhiều so với khu vực miền Trung Hoa Kỳ, nên việc xác định trận động đất nào là do tự nhiên gây ra trở nên khó khăn hơn. Các nhà khoa học tiếp tục điều tra các trận động đất gây ra để giảm nhẹ các tác động của động đất trong tương lai.
Mark D. Petersen
