Hơn 100 trận động đất nhỏ ở Surrey, một khu vực phía Đông Nam nước Anh, vào năm 2018 và 2019 có thể đã bị kích hoạt bởi việc khai thác dầu từ một giếng gần đó, theo một nghiên cứu mới của các nhà nghiên cứu tại Đại học Luân Đôn (UCL).

Các trận động đất, xảy ra ở Newdigate và các khu vực xung quanh từ tháng 4 năm 2018 đến đầu năm 2019, được ghi nhận có độ lớn từ 1,34 đến 3,18 độ Richter, gây ra các vết nứt trên tường và trần nhà cùng các thiệt hại khác đối với các ngôi nhà của người dân.

Các nhà địa chất đã bất đồng về việc liệu những trận động đất này có thể đã được kích hoạt bởi việc khai thác tại giếng Horse Hill ở Horley cách đó khoảng 5km đến 10km hay không.

Trước đây, một số nhà nghiên cứu đã cho rằng mô hình động đất không phù hợp với việc khai thác dầu, và các giai đoạn tăng cường khai thác không đi kèm trực tiếp với sự gia tăng trong hoạt động địa chấn.

Nghiên cứu mới, được công bố hôm 10-1 trên Tạp chí Địa chất, đã chạy hơn một triệu mô phỏng ước tính tần suất động đất dựa trên thời gian và khối lượng khai thác dầu và thấy rằng các dự đoán từ mô hình khá khớp với những gì đã xảy ra, gợi ý một mối liên hệ giữa việc khai thác dầu và động đất.

Tác giả chính, Tiến sĩ Matthew Fox (Khoa Khoa học Trái đất, UCL) cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy có một mối liên hệ giữa các trận động đất và việc khai thác dầu tại Horse Hill, nhưng chúng tôi không thể loại trừ khả năng mối liên hệ này là một sự trùng hợp. Cần phải làm thêm công việc để hiểu liệu đây có phải là nguyên nhân và kết quả hay không. Tuy nhiên, kết quả của chúng tôi chỉ ra rằng khả năng khai thác dầu đã kích hoạt động đất là hợp lý.”

Khám phá cơ chế địa chất

Việc khai thác dầu làm thay đổi áp suất chất lỏng trong đá mà dầu được rút ra. Sự thay đổi áp suất này có thể lan rộng dưới lòng đất với phạm vi lên đến hàng chục km, có thể chạm đến một đứt gãy – một vết nứt nơi hai khối đá gặp nhau. Tốc độ mà sự thay đổi áp suất này lan truyền phụ thuộc vào độ thấm của đá (rock’s permeability), tức là khả năng chất lỏng có thể di chuyển qua đá. Vì các đứt gãy thường chịu áp lực lớn, ngay cả một thay đổi nhỏ về áp suất cũng có thể kích hoạt một sự dịch chuyển nhanh chóng trong đá, gây ra động đất.

Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã sử dụng một mô hình toán học để dự đoán số lượng động đất có thể xảy ra dựa trên lượng dầu đã được khai thác, tính đến hai loại đá khác nhau mà dầu được khai thác từ đó.

Vì nhiều thông tin quan trọng vẫn chưa được biết – chẳng hạn, độ trễ thời gian từ việc khai thác dầu đến khi động đất xảy ra – nhóm nghiên cứu đã sử dụng một công cụ học máy Bayesian, thay đổi ngẫu nhiên các tham số chưa biết như độ trễ thời gian.

Dựa trên công trình của nhà địa chất học quá cố từ Đại học Glasgow, Tiến sĩ Rob Westerway, các nhà nghiên cứu đã có thể tính toán việc thay đổi khai thác dầu giữa hai loại đá khác nhau, với một loại đá, Portland, có độ thấm cao gấp một triệu lần so với loại còn lại, Kimmeridge, có nghĩa là thời gian trễ giữa việc khai thác và động đất có thể chỉ là vài ngày thay vì vài tuần.

Bối cảnh lịch sử và hướng đi tương lai

Mặc dù các trận động đất đã xảy ra ngay trước khi việc khai thác dầu bắt đầu, các nhà nghiên cứu cho biết những trận động đất này có thể đã được kích hoạt bởi các công việc chuẩn bị (preparatory works) – chẳng hạn như kiểm tra áp suất trong giếng – điều này có thể dẫn đến sự thay đổi áp suất tương tự lan truyền dưới lòng đất đến đường đứt gãy (fault line).

Các nhà nghiên cứu cho biết bức tranh trở nên phức tạp hơn bởi thực tế là các thiết bị đo địa chấn (thiết bị phát hiện dao động mặt đất) chỉ được lắp đặt trong khu vực sau khi những trận động đất lớn đầu tiên đã xảy ra. Mọi trận động đất nhỏ có thể đã xảy ra trước khi các thiết bị này được lắp đặt đều không được ghi nhận. Điều này làm nổi bật sự cần thiết phải có giám sát địa chấn chi tiết trước khi khai thác dầu bắt đầu tại các địa điểm được đề xuất.

Đồng tác giả, Giáo sư Philip Meredith (Khoa Khoa học Trái đất, UCL) cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi nhấn mạnh tầm quan trọng của việc giám sát hoạt động địa chấn ở những khu vực có thể xảy ra khai thác dầu trước khi bắt đầu bất kỳ công việc nào. Cẩn trọng cần phải là nguyên tắc hàng đầu (byword). Không thể nói rằng bạn không có vấn đề khi có thể bạn lại có.

“Không có hoạt động địa chấn đáng kể nào ở Surrey trong suốt vài thập kỷ qua, vì vậy những trận động đất này là những sự kiện bất thường. Tuy nhiên, những sự kiện bất thường vẫn xảy ra trong tự nhiên, vì vậy chúng ta không thể loại trừ khả năng sự trùng hợp về thời gian liên quan đến việc khai thác dầu là một sự ngẫu nhiên.”

Hoạt động khai thác dầu tại Surrey. Ảnh: https://www.ucl.ac.uk