Bangkitnya Gempa Akibat Injeksi di AS

Selama dekade terakhir, orang-orang yang tinggal di AS bagian tengah mengalami lebih banyak gempa kecil hingga sedang daripada sebelumnya. Sebagai contoh, meskipun Oklahoma terletak jauh dari batas antara lempeng tektonik, aktivitas seismik mulai meningkat di sana sekitar tahun 2009 dan memuncak selama 2015 dan awal 2016. Sebelum 2009 Oklahoma biasanya hanya mengalami satu atau dua gempa kecil dengan kekuatan lebih besar dari 3,0 per tahun. Pada 2015 jumlah itu telah meningkat menjadi lebih dari 900 gempa setiap tahun, 30 di antaranya memiliki kekuatan sesaat lebih besar dari 4,0 (yang cukup kuat untuk menyebabkan kehancuran). Satu gempa berkekuatan 5,7 melanda dekat kota Praha, Okla., Pada tahun 2011 karena kesalahan yang sudah ada sebelumnya dan menyebabkan kerusakan parah pada beberapa rumah dan bangunan sekolah. Selama enam tahun terakhir, lebih dari 1.500 laporan peristiwa guncangan yang merusak didokumentasikan di daerah yang sebelumnya damai. Peningkatan kegempaan itu kemungkinan disebabkan oleh aktivitas industri manusia. Sekitar delapan juta orang tinggal di daerah dengan gempa bumi yang meningkat, dan pejabat yang bertanggung jawab atas keselamatan publik ingin memahami alasan peningkatan dan potensi ancaman terhadap masyarakat.

Penyebab Peristiwa Gempa Bumi yang Dipicu.

Ilmuwan bumi menerima tantangan untuk lebih memahami gempa bumi yang disebabkan. Bukti ilmiah telah menunjukkan bahwa beberapa gempa bumi disebabkan oleh kegiatan industri manusia, sebagian besar dari pembuangan dengan injeksi air limbah asin yang diekstraksi dengan minyak dan gas di sumur-sumur produksi. Sebagian besar gempa bumi yang diinduksi dianggap dihasilkan oleh perubahan tekanan fluida di dekat patahan dalam yang sudah ada sebelumnya. Cairan air limbah di sumur pembuangan dalam sering terletak lebih dari satu mil di bawah tanah, dan pembuangan air limbah meningkatkan tekanan pada cairan yang sudah menempati ruang pori. Tekanan itu naik tanpa dijepit atau melemahkan sesar, sehingga memudahkan terjadinya gempa.

Hipotesa yang menjelaskan penyebab dari gempa bumi yang diinduksi telah divalidasi dalam percobaan Rangely, Colo. 1969, di mana tekanan fluida dalam reservoir dinaikkan dan diturunkan dengan memompa. Gempa bumi menjadi lebih sering ketika tekanan dinaikkan, seperti hipotesis yang diprediksi, dan jarang terjadi ketika tekanan diturunkan. Pematahan hidraulik (fracking) —sebuah proses pemulihan gas dan minyak bumi yang menggunakan injeksi fluida untuk membuka celah pada batuan untuk memungkinkan gas yang terperangkap atau minyak mentah mengalir melalui pipa ke kepala sumur di permukaan — juga terbukti menyebabkan gempa bumi dan ditemukan menjadi penyebab utama dari gempa bumi yang diinduksi di British Columbia dan Alberta barat serta beberapa situs di AS. Fracking sendiri, bagaimanapun, bukanlah penyebab utama dari aktivitas gempa bumi yang diinduksi di Oklahoma dan beberapa tempat lain di AS, di mana gempa bumi sebagian besar dihasilkan dari injeksi air limbah. Satu gempa ekstraksi fluida yang terkenal, peristiwa berkekuatan 4,8, terjadi pada Oktober 2011 di dekat Fashing, Texas. Gempa bumi yang dipicu lainnya dipicu oleh pengisian reservoir di Nevada dan South Carolina. Dalam kebanyakan kasus kegiatan industri seperti itu tidak merangsang gempa bumi. Laju dan volume injeksi fluida, orientasi patahan, tegangan yang terakumulasi, dan sifat batuan semuanya harus optimal untuk memicu gempa bumi.

Para ilmuwan telah mempelajari kesalahan dan gempa bumi baik yang terjadi secara alami maupun yang diinduksi untuk lebih memahami dan memprediksi ukuran dan lokasi dari gempa yang terjadi di masa depan. Besarnya atau ukuran gempa bumi terkait dengan daerah yang pecah pada patahan. Para ilmuwan meneliti catatan beberapa contoh gempa bumi bersejarah bersejarah yang telah terjadi selama 300 tahun terakhir di AS bagian tengah dan timur, termasuk peristiwa berkekuatan 7,3 pada tahun 1886 di dekat Charleston, SC, dan serangkaian guncangan sekitar 7,5 yang melanda di 1811–12 dekat New Madrid, Mo. Gempa bumi di timur Amerika Utara terjadi dalam bentuk kawanan aktivitas seismik pada patahan yang tidak dikenal di pusat Virginia, Tennessee timur, Kanada bagian timur, dan New England. Banyak dari peristiwa-peristiwa itu mendahului aktivitas industri dan karenanya kemungkinan besar tidak terkait dengan aktivitas manusia. Selama beberapa tahun terakhir, para ilmuwan telah memperdebatkan apakah gempa bumi yang diinduksi dapat memicu gempa bumi besar pada patahan purba di dekatnya di mana tekanan bawaan siap untuk dilepaskan. Gempa bumi Praha, Okla, 2011 menjawab pertanyaan itu dengan menunjukkan bahwa gempa bumi berkekuatan 5,7 dapat pecah karena kesalahan panjang yang sudah ada sebelumnya. Karena itu, keberadaan patahan purba merupakan faktor penting dalam memperkirakan ukuran gempa secara akurat. Namun, ukuran dan lokasi kesalahan tetap kurang dipahami di banyak tempat di AS bagian tengah dan timur, seperti Oklahoma, dan upaya ilmiah sedang dilakukan oleh Survei Geologi AS, lembaga negara bagian dan federal lainnya, dan lembaga akademik dan dalam kemitraan dengan industri perminyakan untuk mengidentifikasi lokasi-lokasi yang berpotensi paling berbahaya.

Acara Praha 2011 adalah gempa bumi terinduksi terbesar yang pernah tercatat di AS hingga gempa berkekuatan 5,8 terjadi pada 2016 di dekat Pawnee, Oklahoma, yang mungkin telah diinduksi. Namun, gempa bumi yang diinduksi lebih kuat diamati di tempat lain. Dekat Koynanagar, India, pada tahun 1967, gempa berkekuatan 6,3 yang dahsyat diduga telah dipicu oleh tingginya tingkat air yang disimpan dalam reservoir, dan aktivitas penarikan gas di Uzbekistan kemungkinan merupakan penyebab rusaknya gempa bumi berkekuatan 7,0 pada tahun 1976 dan 1984. Data seperti itu menunjukkan bahwa gempa bumi yang diinduksi lebih besar daripada Praha dimungkinkan. Selain itu, ahli geologi mengakui kesalahan dan pecahnya gempa prasejarah yang disebabkan oleh gempa berkekuatan 7,0 di Oklahoma dan Colorado. Studi gempa bumi di interior benua di luar AS menunjukkan bahwa gempa bumi besar seperti itu mungkin jauh dari batas lempeng. Banyak ilmuwan percaya bahwa gempa bumi yang diinduksi juga dapat memicu gempa bumi besar pada kesalahan kuno yang belum ditemukan. Namun, jika suatu kejadian yang diinduksi dengan hasil yang lebih besar dari 5.6, kemungkinan besar akan memiliki magnitude yang lebih dekat ke 6.0 daripada ke 7.0, mirip dengan gempa bumi yang diinduksi di wilayah analog.

Meningkatkan Bahaya Gempa Bumi.

Gempa bumi yang diinduksi dan alami menyebabkan tingkat yang sama dari getaran tanah. Namun, jika dibandingkan dengan gempa bumi alami, gempa bumi yang diinduksi seringkali lebih dangkal dan mungkin tidak mengguncang tanah sejauh jauh dari pusat gempa. Meskipun perbedaan halus dalam pengocokan antara kedua jenis telah diamati, penelitian lebih lanjut diperlukan untuk memahami sifat pengocokan tersebut.

Proyeksi goncangan tanah yang dilakukan oleh US Geological Survey menunjukkan bahwa gempa bumi yang diinduksi meningkatkan bahaya di Oklahoma dan tempat-tempat lain di mana proses industri memengaruhi tekanan di dalam bumi, seperti yang ditunjukkan dalam perkiraan satu tahun 2016 untuk gempa bumi yang diinduksi dan alami. Perhitungan bahaya memerlukan informasi tentang di mana dan seberapa sering gempa bisa terjadi, ukuran maksimumnya, dan kemungkinan tingkat guncangan tanah. Untuk meramalkan frekuensi gempa yang diinduksi 2016, para ilmuwan sangat mempertimbangkan frekuensi gempa 2015, menggunakan teori seismologi standar — dengan gempa bumi terinduksi terbesar yang diperkirakan secara umum memiliki kekuatan kurang dari atau sama dengan 6,0 — dan menerapkan model gerak-tanah baru yang menyediakan perkiraan yang lebih baik dari goncangan gempa bumi dangkal.

Hasilnya mengungkapkan bahwa Oklahoma, Kansas, Texas, Arkansas, New Mexico, dan Colorado memiliki peluang lebih besar dari 1 dalam 100 untuk mengguncang kerusakan selama 2016, dengan peluang tertinggi (sekitar 1 dalam 10) terjadi di bagian Oklahoma Utara dan Kansas Selatan.. Gempa bumi terinduksi yang diproyeksikan oleh ramalan terbukti cukup mampu menyebabkan kehancuran di wilayah itu jika aktivitas industri terus berlanjut. Berdasarkan proyeksi itu, hanya sedikit yang terkejut ketika gempa berkekuatan 5.1 melanda dekat Fairview, Okla., Pada 13 Februari.

Frekuensi gempa bumi di wilayah itu, bagaimanapun, tampaknya menurun antara 2015 dan 2016. Selama paruh pertama 2016, jumlah gempa bumi yang terjadi di dekat Irving dan Dallas, misalnya, turun dari sekitar empat peristiwa yang besarnya 3,0 atau lebih besar ke nol. Pengurangan itu mungkin terkait dengan harga minyak (yang turun secara signifikan pada 2015 dan 2016, sehingga mengurangi ekstraksi dan injeksi air limbah) dan tindakan pengaturan yang menurunkan volume air limbah yang dipompa ke lubang bor dalam. Data awal memberikan harapan bahwa laju gempa bumi yang diinduksi akan terus menurun pada tahun 2016; Namun, kegiatan injeksi berlanjut di daerah dengan tingkat kegempaan yang tinggi, dan tidak diketahui apakah volume injeksi yang lebih rendah akan menghilangkan gempa bumi yang ditimbulkan atau hanya menunda saja.

Sementara peningkatan frekuensi gempa bumi yang paling terlihat di AS pusat, gempa bumi yang diinduksi juga telah diamati di beberapa lokasi di California, termasuk Geyser dan daerah energi panas bumi Coso. Selain itu, sebuah penelitian pada tahun 2015 menunjukkan perubahan kecil dalam tingkat gempa bumi di California selatan dan mencatat bahwa aktivitas tambahan dapat terjadi di dekat lokasi dengan kegiatan ekstraksi minyak bumi. Karena tingkat gempa bumi alami di daerah itu jauh lebih tinggi daripada di AS bagian tengah, lebih sulit untuk mengidentifikasi gempa bumi mana yang disebabkan dan mana yang alami. Para ilmuwan terus menyelidiki gempa bumi yang diinduksi untuk mengurangi dampak gempa bumi di masa depan.