La Intersección de la Actividad Humana y el Riesgo Seísmo

Mitigación de riesgo en la minería

Las empresas mineras emplean ahora redes de monitoreo microsismic que detectan eventos en tiempo real. El análisis de estos datos ayuda a los ingenieros a ajustar secuencias mineras, pilares de despido o vacíos de retroceso para reducir las concentraciones de estrés. En algunas regiones, las regulaciones requieren que los operadores detengan el trabajo si la actividad sísmica supera ciertos umbrales. Estas medidas proactivas han demostrado ser eficaces para reducir la probabilidad de eventos más grandes, aunque el riesgo no puede eliminarse.

Seismicidad inducida por el conservador

El llenado de grandes reservorios puede cambiar la presión sobre rocas subyacentes, potencialmente causando actividad sísmica. Este fenómeno se ha observado en varias regiones donde la construcción de presas ha provocado un aumento de la frecuencia de terremotos.

Cómo los conservadores desencadenan terremotos

El peso del agua imprida añade una carga significativa a la corteza, aumentando el estrés vertical. Más importante aún, los visores de agua en los poros de roca, elevando la presión del líquido poro y reduciendo el estrés normal efectivo en las fallas. Según el criterio de falla del Coulomb, esta reducción hace más fácil que se resbalen las fallas.El efecto es más pronunciado en áreas ya tectonicamente activas, pero los embals han inducido la sísmica en regiones estables.

Ejemplos globales notables

Uno de los casos más famosos es el terremoto de magnitud 6.3 en la presa Koyna en la India en 1967, que mató a alrededor de 200 personas y dañó miles de hogares. El Reservoir Zipingpu en China ha sido sugerido como un desencadenante para el terremoto de Sichuan 2008, aunque las pruebas siguen siendo debatidas. En los Estados Unidos, el embalse de Lake Mead detrás de la presa Hoover causó miles de eventos pequeños a moderados después del relleno inicial.

Desafíos de vigilancia y predicción

Predecir exactamente qué embalses inducirán la sísmica sigue siendo difícil. Los sismólogos utilizan atributos como la tasa de cambio del nivel del agua, el volumen del embalse y el régimen de estrés regional. Muchas grandes presas están ahora instrumentadas con sismómetros antes, durante y después de llenarse. Los sistemas de alerta temprana pueden desencadenar protocolos de emergencia, pero el público a menudo carece de conciencia de este riesgo.

Desarrollo urbano e infraestructura

Las actividades de construcción, especialmente en zonas sesismicamente activas, pueden influir en la sísmica local. La infraestructura pesada, como edificios altos y túneles subterráneos, puede alterar los patrones de estrés en la corteza terrestre. La ingeniería y la planificación adecuadas son vitales para reducir la vulnerabilidad.

Cambios de carga urbana y estrés estatico

A medida que crecen las ciudades, el peso acumulativo de edificios, carreteras y otras estructuras aumenta la carga sobre el terreno. En megacidades como Tokio, Ciudad de México y Los Ángeles, el estrés añadido puede ser lo suficientemente sustancial para influir en las fallas poco profundas, aunque el efecto es típicamente pequeño en comparación con las fuerzas tectónicas. Sin embargo, en áreas con fallas críticamente estresadas, incluso pequeños cambios de estrés pueden ser tasas de sísmica.

Extracción y Subvenciones de Aguas Subsidiarias

El agua de los acuíferos puede causar subsistencia de la tierra y, en algunos casos, provocar terremotos. La eliminación del agua reduce la presión poro que ayuda a mantener las fallas bloqueadas, lo que podría permitir que se resbalen. El terremoto de 2011 cerca de Lorca, España (magnitud 5.1) se atribuyó parcialmente a la extracción de agua subterránea en la cuenca circundante.

Soluciones de ingeniería para el riesgo sísmico

Los códigos de construcción modernos en áreas sensicamente activas ya incorporan medidas para soportar terremotos naturales. Sin embargo, la sísmica inducida de la infraestructura suele pasarse por alto en la planificación. Técnicas como aislamiento base, tubería flexible y marcos estructurales reforzados pueden reducir los daños de eventos naturales e inducidos. Los planificadores urbanos pueden utilizar mapas de peligros sísmicos que representan cambios inducidos por el ser humano.

Actividades industriales y eliminación de desechos

Los procesos industriales, incluyendo la fractura hidráulica y la eliminación de desechos, se han vinculado a la sísmica inducida, que puede aumentar la probabilidad de terremotos pequeños a moderados, haciendo hincapié en la necesidad de regulación y supervisión.

Fracturación hidráulica (Fracking)

La fractura hidráulica implica la inyección de agua, arena y sustancias químicas a alta presión para fracturar el petróleo o gas de roca y liberación. La inyección crea directamente pequeñas fracturas, pero también puede reactivar las fallas cercanas. En Estados Unidos, el fracking se ha vinculado a terremotos hasta la magnitud 4.6, aunque estos eventos son raros. La mayoría de la sísmica inducida por el fracking es menor fuente y se produce en pocos kilómetros de la de eliminación del pozo.

Aguas residuales y pozos de inyección profunda

Más consecuente que el fracking en sí mismo es la eliminación de aguas residuales a través de pozos de inyección profundos. Estos pozos bombean líquidos en capas de roca porosas profundas, a veces en las mismas formaciones que contienen fallas. La presión poro aumentada puede propagarse sobre grandes áreas, activando fallas lejos del pozo.El medio continente de los Estados Unidos experimentó un aumento dramático de magnitud en terremotos que comienzan en 2008, coincidiendo con un boom en las operaciones de aguas residuales de petróleo inyectándose en el peligro.

Respuestas reglamentarias

En respuesta, estados como Oklahoma y Kansas implementaron pautas que incluyen:

• Reducción de los volúmenes de inyección en zonas sesismicamente activas
• Requiring operators to submit sísmic risk assessments
• Establecimiento de sistemas de luz de tráfico: verde para operaciones normales, amarillo para mayor vigilancia y rojo para apagado si se supera una magnitud umbral

Estas medidas han provocado una disminución de las tasas de terremotos desde 2015. Sin embargo, siguen existiendo problemas en relación con la migración a largo plazo de fluidos y la posibilidad de que se produzcan demoras en la activación. Las consideraciones económicas y energéticas complican la regulación, ya que la industria del petróleo y el gas ofrece empleo y recursos.

Actividades humanas adicionales vinculadas a la seismicidad

Geothermal Energy Production

Los sistemas geotérmicos mejorados (EGS) inyectan agua en roca seca caliente para crear vapor para la generación de electricidad. Este proceso, similar a la fractura hidráulica, ha provocado terremotos en varios sitios, incluyendo un evento de magnitud 3.4 en Basilea, Suiza en 2006, que causó daños y llevó al abandono de proyectos. Más recientes proyectos EGS en Corea del Sur y Estados Unidos han monitoreado y controlado cuidadosamente la inyección para minimizar el riesgo.

Ensayos nucleares subterráneos

Las explosiones nucleares producen energía sísmica inmediata, pero también pueden desencadenar problemas de fallas cercanas. Estados Unidos realizó pruebas subterráneas en el sitio de pruebas de Nevada, algunos de los cuales generaron eventos de hasta magnitud 5. El Tratado de prohibición completa de los ensayos nucleares ha limitado tales pruebas, pero el registro histórico muestra que incluso pequeñas detonaciones nucleares pueden inducir terremotos si se encuentran cerca de fallas estresadas.

Capacidad de carbono y almacenamiento (CCS)

La captura y almacenamiento de carbono es una tecnología prometedora para reducir el CO2 atmosférico, pero inyectar grandes volúmenes de CO2 en formaciones geológicas profundas conlleva un riesgo sísmico similar a la inyección de aguas residuales. Proyectos de CCS a gran escala, como el campo Sleipner en el Mar del Norte, no han causado notable sísmica, pero el modelado sugiere que la acumulación de presión significativa podría desencadenar eventos.

Principios generales para la gestión del riesgo seismic inducido por los seres humanos

La gestión de la sísmica inducida requiere una combinación de comprensión científica, controles de ingeniería y marcos de políticas.

• Evaluación previa de la operación: Antes de comenzar cualquier actividad que altere las condiciones de subsuperficie, se debe realizar una evaluación exhaustiva de los peligros sísmicos, lo que incluye caracterizar las redes locales de falla y los estados de estrés.
• Monitoreo de tiempo real: Las redes sismicas sensibles a las magnitudes tan bajas como 1.0 pueden detectar presellos y permitir ajustes operativos.
• Gestión adaptiva: Utilizar sistemas de luz de tráfico que cambien dinámicamente basados en la sísmica observada puede reducir el riesgo al tiempo que permite que las operaciones continúen dentro de límites seguros.
• Comunicación pública:] Se debe informar a las comunidades cercanas a los lugares industriales del potencial de terremotos inducidos y de las medidas vigentes para protegerlos. La transparencia fomenta la confianza y facilita la cooperación.
• Marcos legales y regulatorios: Las normas claras de responsabilidad y supervisión regulatoria ayudan a asegurar que los operadores internalicen el costo del riesgo sísmico. Algunas jurisdicciones requieren que los operadores lleven seguros por daños causados por terremotos a partir de sus actividades.