Doğalgaz, petrol ve maden üretimi sırasında üretimi artırma amaçlı kaya çatlatma için yeraltına basılan basınçlı su ve sıvıların veya atık su, sıcak su, CO2, hidrojen gazı ve doğalgaz depolama sırasında ilgili bölge yakınlarında tetiklenmiş depremler oluştuğu mühendislik dünyasında çok sayıda yayınla ortaya konulmuştur. Öte yandan büyük bir nükleer patlama, bulunduğu bölgede yerkabuğunda var olan doğal tektonik gerilmelerin bir bölümünü etkileyebilir.
Doğalgaz, petrol ve maden üretimi sırasında üretimi artırma amaçlı kaya çatlatma için yeraltına basılan basınçlı su ve sıvıların veya atık su, sıcak su, CO2, hidrojen gazı ve doğalgaz depolama sırasında ilgili bölge yakınlarında tetiklenmiş depremler oluştuğu mühendislik dünyasında çok sayıda yayınla ortaya konulmuştur. Bu tür endüstriyel etkinliklerin tetiklenmiş depremselliğe neden olduğuna dair literatüre geçmiş 180 proje sayılmaktadır. (3) Şekil 17’de literatüre geçmiş bazı tetiklenmiş maksimum deprem büyüklükleri ile 69 proje etkinlikleri sırasında yeraltına basılan sıvının toplam hacmi arasındaki ilişki gösterilmektedir. Yukarıda saydığımız endüstriyel etkinlikler nedeniyle örneğin merkezi ve doğu ABD’de 1967-2000 yılları arasında büyüklüğü 3’den büyük yılda ortalama 21 deprem olurken, 2010-2012 yılları arasında bu sayı 100’ü geçmiştir.
Sıvı basma uygulamaları
Askeri atık: Bu konuyla ilgili literatürde yalnızca bir örnek vardır. O da ABD’de Ordu Mühendisleri Birliği’nin yerin derinliklerine kimyasal kirliliği olan sıvıyı depolamak amacıyla Kayalık dağlarındaki cephanelik bölgesinde 3,7 km derinlikte çatlaklı kaya ortama açılan sondaj çalışmaları ile başlayan tetiklenmiş depremselliktir. Sondaj 1962 yılında başlamış, 7,2 MPa basınç altında 1966 yılına kadar yeraltındaki çatlaklı ortama 625.000 ton askeri atık sıvı basılmıştır. Sıvı basma olayının hemen ardından 1967 yılında bölgede 5 büyüklüğünde bir deprem olmuş ve Denver’de hasarlar yapmıştır. Atık su basma işlemleri durduktan sonra depremsellik bir süre sürmüş, 1980’den sonra durmuştur.
Atık su/sıvı basma: Yeraltında madencilik, petrol ve doğalgaz üretiminden ve hidrolik çatlatma/kırma işlemleri sırasında elde edilen ve içerisinde yüzde 20 oranında hidrokarbon (gaz-petrol) bulunan atık suyun yeraltındaki basıncı dengeleme ve üretimi artırma amaçlı tekrar yeraltında basılması sırasında oluşan fiziksel ilişkilerin ve tetiklenmiş depremselliğin bilimsel özellikleri giderek daha iyi anlaşılmaktadır. Yeraltına su/sıvı basarken oluşan tetiklenmiş depremsellik olay sayısı, 27 adedi ABD’de olmak üzere Kanada, Çin ve İtalya’da toplam 33 adettir. (3) Bu olaylardan en ilginci ABD Kolorado Paradox Vadisi’nde ortaya çıkan durumdur. Burada 4800 metre derinlikteki bir kuyudan yüksek miktarda tuzlu atık su yeraltına basılmaktadır. Amaç, yüksek oranda tuz karışan ve Kolorado Nehri’ne akan Dolores Nehri’nin tuzluluğunu azaltmaktır. Bu tuzluluğu azaltmak için bölgede dokuz tane sondaj vasıtasıyla yerden çıkarılan tuzlu su 35 MPa’lık bir basınçla tek bir atık su kuyusuna enjekte edilmiştir. (43) Bu işlem 1996’dan beri sürdürülmektedir. 2000’li yıllarda büyüklüğü 4.3 olan deprem dahil olmak üzere, izleyen yıllarda 5700’den fazla küçük deprem olduğu tahmin edilmektedir. Tetiklenmiş küçük depremlerin merkezlerinin çoğunluğu atık su kuyularından 10 km’den daha uzaktayken bazılarının uzaklığı 25 km ve daha uzaktır.
Çin’de Sichuan havzasındaki Rongchang sahasında yüksek miktarda atık su yeraltına basılmaktadır. 1989 yılında atık su basma işlemi başladıktan iki ay sonra en büyüğü 5.2 olan depremden başka 32.000 adet küçük deprem tetiklenmiştir. Bu olay temel kaya içerisindeki bir ters fayı harekete geçirmiştir.
Son yıllarda ABD’de Oklahoma tetiklenmiş depremsellik konusunda en fazla göze çarpan bölge olmuştur. Yaygın biçimde petrol üretimi yapılan bu bölgede üretim etkinlikleri 1927 yılından bu yana sürdürülmektedir. Bölgede 1952 yılında 5.6 büyüklüğündeki Reno depreminin petrol/doğalgaz üretimini arttırmak için kuyulara basılan suyun fayları harekete geçirmesi ile gerçekleştiği belirtilmiştir. (44) Ancak petrol verimini artırma yolunda gelişmiş sondaj tekniklerinin türü ve sondaj sayısının artmasıyla tetiklenmiş deprem sayısı da hızla artmaya başlamıştır. Oklahoma ve çevresinde doğal deprem yaratacak etkin faylar olduğu bilinmektedir. Bölgedeki Meers fayının doğal yolla 6.5-7.0 büyüklüğünde deprem oluşturma olasılığı 3500 yıllık bir döngüye sahiptir. (45) Oklahoma bölgesinde 7000 civarında kuyudan petrol üretimi sırasında elde edilen tuzlu ve diğer atık su/sıvıların yeraltına basılması tetiklenmiş depremsellik konusunu giderek artan bir sorun haline getirmiştir. Su basma etkinliklerinin artmasına paralel olarak 2008’den beri hızlı bir tetiklenmiş depremsellik artışı yaşanmaktadır. (Şekil 19) Şubat 2010 tarihinde Praque kentinde 4.1 büyüklükle başlayan deprem etkinliği 2011 Kasım ayında 5.0, 5.7 ve 5.0 büyüklüğündeki depremlerle sürmüştür. Bu depremlerle ilişkili olarak 1183 adet artçı deprem olmuştur. Yapılan araştırmalar depremlerin önemli bir çoğunluğunun etkin faylar bölgesinden çok petrol üretim alanlarında yoğunlaştığını göstermektedir.
Petrol üretimini artırmak için su/sıvı basma: Petrol üretimini artırmak için petrol haznesine (rezervuar) tuzlu su veya diğer kimyasal içerikli sıvılar basılmaktadır. Bu tür petrol üretim işlemine “geliştirilmiş petrol üretimi” denir. Bu işlem sırasında tetiklenmiş deprem etkinliği başlamaktadır. Ancak petrol çekimi de genellikle eş zamanlı yapıldığı için oluşan tetiklenmiş depremselliğin hangi işlemle ilişkili olduğu konusunda belirsizlikler de ortaya çıkmaktadır. Petrol üretimine yönelik hazneye sıvı basma ve tetiklenmiş depremsellik ilişkisi konusunda dünyada 38 olay gözlenmiştir. Bu olayların 24 tanesi ABD’de, diğerleri Kanada, Çin, Danimarka, Fransa, Kuveyt, Romanya, Rusya ve Türkmenistan’dadır.
Kaliforniya’da 1983’de 6.2 büyüklüğündeki Coalinga depremi, 1985’de 6.1 büyüklüğündeki Kettleman North Dome ve 1987’de 5.9 büyüklüğündeki Montebello depremlerinin ana nedeninin bölgedeki petrol kuyularına basılan sıvıyla ilgili olduğu öne sürülmüştür. Bir başka örnek de Los Angeles havzasında yer alan Newport-Inglewood fay kuşağının olduğu yere yakın Wilmington petrol sahasındaki 3 milyar varillik hazneden çıkarılan 2,7 milyar varillik petrolün bölgede çok sayıda kuvvetli hasar yapıcı deprem tetiklediği olaydır. Buna göre 1933 yılında Kaliforniya Long Beach’de yaşanan 6.3 büyüklüğündeki deprem ile 1947-1961 yılları arasında kaydedilen çok sayıda kuvvetli depremin aşırı petrol üretimi sırasında yeraltına basılan sıvıyla ilişkisi öne sürülmüştür. (46)
Geliştirilmiş jeotermal sistem (EGS): Geçmiş yıllarda jeotermal alanlarda yüzeye yakın veya kendi basıncıyla yeryüzüne çıkan geleneksel hidrotermal kaynaklar yaygın ve etkili bir şekilde kullanılmıştır. Bu kaynakların kapasiteleri ve debileri elektrik üretimi veya diğer endüstriyel girişimler için sınırlıdır. Bunun yerine derinlerde saptanan sıcak kuru/sert kaya delinerek ve içerisine yüksek basınçlı su basıp ısıttıktan sonra kullanılarak çok daha büyük elektrik üretim kapasitesi yaratılmaktadır. Yeraltındaki sıcak ortam bir ısı pompası gibi kullanılır. 21. yüzyılın başlarında gündeme gelen ve Gelişmiş Jeotermal Sistem (EGS) olarak adlandırılan bu teknoloji günümüzde giderek yaygınlaşmaktadır.
Yöntem, sıcaklıkların 100° C’den yüksek olduğu gözeneksiz kaya katmanına en az 3 kilometre derinlikte bir sondaj kuyusu açmayı, bu kuyudan yeraltına yüksek basınçta su basmayı içerir. (Şekil 20) Sıcak kaya ortamına basınçlı su basılır ve kaya çatlatılır. Çatlayan ve gözenekliği artan ortam içinde ısınan su yüksek sıcaklıklarda yeryüzüne alınır ve buhar ve sıcak su yoluyla türbinlerde elektrik üretilir. Bir kübik kilometreden daha büyük bir geçirgen kaya haznesi oluşturduktan sonra, çatlatılmış ortam boyunca sıvılar dolaştırılarak kaya kütlesinden sıcak suyu çıkarmak için ek sondajlar açılır. Jeotermal Enerji Santralı (JES) olarak adlandırılan bu endüstriyel etkinlik sürerken çatlatılan ve geçirgenliği artan yeraltında doğal gerilme dengeleri bozulduğu ve gözenek basıncı arttığı için çok sayıda ufak deprem tetiklenir. Üretim ortamının jeolojik ve jeofiziksel özelliklerine bağlı olarak tetiklenen depremlerin sayısı ve büyüklükleri değişir. Çok sayıda JES işletilen ülkelerde, özellikle depremselliği yüksek yerlerde oluşan hasar yapıcı ve rahatsız edici depremler nedeniyle bu konu giderek teknik ve bürokratik sorunlar yaratmaktadır.
EGS tekniği kuramsal olarak neredeyse sınırsız kaynağı kullanarak büyük miktarda alternatif elektrik enerji üretme kapasitesine sahiptir. 2006’da ABD Cambridge’deki Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde (MIT) bir uzmanlar paneli, EGS’nin 2050 yılına kadar ABD’de 100.000 megawatt elektrik sağlayabileceğini (ulusal kapasitenin yaklaşık yüzde 10’u) tahmin etmiştir. (39) Yöntemin dezavantajlarından biri, tetiklenmiş depremlere neden olmasıdır. Yüzeyde duyulabilecek, hatta yapılara hasar verebilecek mikro-depremler tetiklenmektedir. Ayrıca yeraltına basılan yüksek miktarda sıvının bölgedeki etkin fayları zamanından önce harekete geçirerek daha büyük depremlere neden olabileceği tartışılmaktadır.
İlk modern EGS projesi 1987’de Fransa’da Soultz-sous-Forets bölgesinde uygulanmıştır. Bölgede yeraltındaki granit tabakası içerisine üç tane 5000 metre derinlikte sondaj kuyusu açılmıştır. (48, 49) Kuyunun birine 2000 yılında 13 MPa basınç ve saniyede 30-50 litre akış hızı ile 23.000 ton su basılmıştır. Diğer iki kuyuya da benzer oranlarda su basılmış ve 2010 yılında dünyada ilk kez olmak üzere 1,5 Mw’lık elektirik enerjisi üretilmiştir. Ancak bu işlemler sırasında günde sayısı 8000’e varan, toplamda 114.000 adet tetiklenmiş deprem olmuştur. Depremler yeraltına basılan suyun dağılmasıyla orantılı olarak zamanla etrafa yayılmıştır. Bu deneme sırasında en büyüğü 2.9 büyüklüğünde bir deprem yaşanmasına rağmen bölgedeki halkta rahatsızlıklara neden olmuştur.
1996 yılında İsviçre Basel kentinde GeoPower Basel (GPB) şirketi bir EGS projesi olan Derin Isı Madenciliği projesi başlattı. Projeye göre yeraltında sıcak kuru kaya olarak adlandırılan granit tabaka içerisine kaya çatlatılıp ısıtılmak üzere su basılacak ve yeryüzüne alınıp elektrik üretiminde kullanılacaktı. Sondaj kuyusu 5 km derinliğe kadar delindi ve çevresine 6 tanesi kuyu içerisinde olmak üzere 30 adet deprem kayıtçısı yerleştirildi. 2 Aralık 2006’da artan su basıncı uygulamasıyla çatlatılan kaya içerisine kuyudan 11.570 metreküp (ton) su basılmaya başlandı. Beklendiği gibi binlerce tetiklenmiş mikro-deprem kaydedildi. Büyüklüğü 2.6’ya kadar olan depremler 4,6-5,0 km arasındaki derinliklerde oluştu. Ancak artan ve yüzeyde hissedilen tetiklenmiş deprem etkinliği nedeniyle yeraltına su basma işlemi 8 Aralık’ta durduruldu. Birkaç saat sonra 3.4 büyüklüğünde bir deprem olunca halkta korku ve öfke oluştu. Bu durum uluslararası medyanın dikkatini çekti. Su basma işlemi durdurulduktan sonra tetiklenmiş depremsellik azalmaya başladı ve iki ay içerisinde büyüklüğü 3.0’den fazla üç tane daha deprem oldu. (Şekil 22) GPB şirketi 9 Aralık’ta yaptığı basın açıklamasında, projenin ürettiği depremlerin beklenenden daha büyük olduğunu söyleyerek üzüntüsünü belirtti. Hafif hasar alan birçok ev sahibi tarafından tazminat davaları açıldı ve GPB’nin ödediği tazminatlar 9 milyon doları aştı. Kuyular kapatıldı ve proje terk edildi. Olaydan sonra iki yıl geçmesine rağmen kuyulardaki deprem kayıtçıları zaman zaman küçük deprem etkinlikleri kaydetmeyi sürdürdü.
Benzer bir girişim Almanya Landau bölgesinde yaşandı. Yerin 3 km derinliğine ısıtma amaçlı su basma işlemi yapıldı. 2007 yılında elektrik enerjisi üretimi başladıktan bir süre sonra depremler algılanmaya başlandı ve bunun üzerine proje durduruldu.
Soultz-sous-Forêts (Fransa), Basel (İsviçre), Berlin (El Salvador), Gross Schönebeck (Almanya), Groningen (Hollanda), İzlanda, Kaliforniya Gayzer alanları (ABD) ve Cooper havzası (Avustralya) EGS projelerinde tetiklenmiş binlerce küçük deprem yanı sıra çevresindeki yerleşim alanlarında hasar yapan depremler de oluşmuştur. Son yıllarda artan şikâyetler ve hasar nedeniyle Avrupa ve ABD’de EGS enerji üretimine yönelik izleme (monitoring), denetleme ve gerekirse üretimi durdurma veya azaltmaya yönelik çok sayıda araştırma yapılmaya başlanmış ve yönergeler hazırlanmıştır. Üretim alanında depremsellik özel olarak kurulan deprem kayıt ağlarıyla 7/24 izlenmekte, deprem artışında ikaz verilerek üretim azaltılmakta hatta durdurulmaktadır. Bu yöntemin adı “trafik ikaz ışığı” yöntemidir.
Jeotermal suyun geri basılması: Jeotermal sahalarda doğanın normal yollardan verdiğinden daha fazla çekilen sıcak su/buhar bir zaman sonra haznenin basıncını düşürür ve haznedeki gerilme alanı değişir. Bunu dengelemek için yeryüzünde kullanılan su tekrar hazneye basıldığında ve bu işlemde kullanılan miktar artırıldığında tetiklenmiş depremsellik ortaya çıkar. Yapılan son araştırmalar tetiklenmiş depremselliği en fazla etkileyen işlemin jeotermal suyun çekilmesi değil yeniden yeraltına basılması ile ilgili olduğunu göstermiştir. (51, 52) Bu olayın en belirgin ve bilinen örneği ABD’deki Geysers jeotermal alanıdır. 1860’lı yıllardan beri buhar ağırlıklı olarak işletilen bu kaynakta basınç düşüşü yaşandığından kullanılan su yeraltına çevre kuyulardan basılır. 1987 yılında saniyede 3500 kilo buhar çekilmiş ve 1800 MW elektrik üretilmiş, dolayısıyla büyük miktarlarda su yeraltına basılmak zorunda kalınmıştır. Örneğin Santa Rosa Geysers Su Basma Projesinde günde 41 milyon litre su yeraltına geri basılmaktadır ve bu değer çok büyüktür. Amerikan Jeoloji Kurumu (USGS) Geysers bölgesinde her yıl 10.000’den fazla tetiklenmiş deprem kaydetmektedir. Büyüklüğü 2 civarındaki depremlerin yıllık sayısı 200-300 arasındadır. Bu bölgeyle ilgili olarak USGS arşivlerinde kayıtlı 250.000’den fazla tetiklenmiş deprem bilgisi vardır. Geleneksel jeotermal sahalarda giderek artan elektrik üretim etkinliklerinin yarattığı alan oturması, çökmeler ve tetiklenmiş deprem olaylarının sayısı da çoğalmaktadır. Sahalardaki oturma değeri bazı yerlerde yılda 5 cm’ye ulaşmaktadır.
Kaya gazı için basınçlı suyla kaya çatlatma: Yeraltında doğalgaz içeren kayalardan geleneksel yollarla gazı çıkarmak çok zordur. Bu nedenle derinlerdeki bu kayaları çatlatarak/kırarak geçirgenliği artırmak ve içerisindeki gazı alma işlemleri giderek artmaktadır. Bu yeni teknikte, uygun bir derinliğe kadar açılan düşey sondaj, istenilen derinliğe indiğinde yatay olarak sürdürülür ve bu yatay sondajdan verilen basınçlı suyla veya kimyasal karışımlı sıvıyla kaya çatlatılarak gazın çekilmesi kolaylaştırılır. Sayısı çoğalan bu uygulamalar doğalgaz üretimini artırmış ancak yeraltı sularının kirletilmesine neden olmuş, bakir alanlarda endüstriyel kirlilik ve tetiklenmiş depremler gibi olumsuzluklar yaratmıştır. Dünyada 2,5 milyon kaya gazı çıkarma uygulamasından bugüne kadar sadece 21 uygulamada (yüz binde bir) tetiklenmiş depremsellik sorunu ile karşılaşıldığı rapor edilmiştir. Raporlara yansıyan bu istatistiğin çok fazla bir şey ifade ettiği söylenemez. Bu projelerde tetiklenen depremlerin çoğunun küçük olması ve az nüfuslu yerlerde halkın rahatsız olma olasılığının az olması nedeniyle durum raporlara yansımamakta, dolayısıyla istatistiklerin güvenliği sorgulanmaktadır. Eldeki verilere göre bu olayların 8 tanesi ABD’de, 12 tanesi Kanada’da, 1 tanesi de İngiltere’dedir. Kanada’daki projelerinden ikisinde 4.0’den büyük depremler gözlenmiştir. (53, 54)
Kanada’da Horn Nehri havzasında kaya gazı çalışmaları 2006 yılında başlamış ve üretim 2010-2011 yıllarında en yoğun düzeyine ulaşmıştır. Kaya gazı çalışmasından önce bölgedeki depremselliğin oldukça düşük olduğu bilinmektedir. Örneğin, üretim başlamadan önceki 2 yılda büyüklüğü 1.8 – 2.9 büyüklüğündeki deprem sayısı 24 tanedir. Kaya gazı üretimi başlayınca bu sayı yılda 100’e çıkmıştır. Yapılan araştırmada deprem büyüklükleri ile yeraltına basılan sıvı miktarı büyüklüğü arasında belirgin bir ilişki gözlenmiştir. (55)
Maden boşluklarını su basıncıyla destekleme: Madenlerden çıkarılan malzemenin boşalttığı alanlar nedeniyle oluşan gerilme değişimi yakın bölgedeki deprem faylarındaki basınç gerilmelerini azaltır. Bu nedenle faylar harekete geçebilmektedir. Bu tehlikeyi azaltmak için maden bölgesinden su çekilir ve faylar üzerindeki gözenek basıncı azaltılır. Azalan gözenek basıncı azalan basınç gerilmesini dengeler ve faylar duraylı duruma gelir. Madenler terk edilip su çekme durduğunda gerilme dengesi bozulur ve tetiklenmiş depremsellik başlar. Bu olaya ilişkin örneklerden biri ABD’de Pensilvanya’da Cacoosing Vadisi’ndeki karbonat madenidir. Bölgede olan 4.4 büyüklüğündeki depremin nedeni olarak madenden çıkarılan 4 milyon ton kütle olduğu ifade edilmektedir. (56) Bölgede bozulan gerilme dengeleri nedeniyle deprem fayları harekete geçmiştir. Deprem çevredeki yerleşimlerde 2 milyon dolarlık hasar yapmıştır. Maden ocağı 1992 yılında terk edilip su çekme işlemi durduktan sonraki birkaç ay içinde yeraltı suyu 10 metre yükselmiştir.
Araştırma projeleri: Yeraltına yapılan müdahalelerde tetiklenmiş depremlerin oluşması nedeniyle, bu konuyla ilgili fiziksel ölçütlerin ve depremlerin oluşum mekanizmalarının belirlenmesi ve tetiklenmiş depremlerin denetim olanaklarını araştırmak için üretim ile ilgili olmayan özel projeler yapılmıştır. Yapılan projelerden 13 tanesinde tetiklenmiş depremsellik yaratılabilmiştir. (3)
Projelerden bir tanesi Kolorado Rangley petrol sahasında yapılmıştır. (57) Bölgede küçük boyutlu diri faylar bulunmasına rağmen kaydedilen depremler sahadaki petrol üretim amaçlı olarak kuyulara su basma ile ilgilidir. Proje gereği kuyulara artan-azalan basınçla su basma işlemleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar artan sıvı gözenek basıncıyla tetiklenmiş deprem etkinliği arasında belirgin bir ilişki olduğunu göstermiştir.
Almanya Kıtasal Derin Delgi Programı çerçevesinde 1990-1994 yılları arasında 9,1 km derinlikte bir kuyu açılmıştır. Kuyudan su basma işleminden birkaç saat sonra, kuyudan birkaç on metre ötede 8,8 km derinlikte en büyüğü 1.2 büyüklükte olan 400 adet küçük deprem tetiklenmiştir. Yapılan hesaplar depremleri yaratan gerilim değişiminin 1 MPa’dan biraz küçük olduğunu, bu değerin ise depremlerin olduğu o derinlikteki doğal hidrostatik gerilmenin yüzde 1’i civarında olduğunu göstermiştir.
Diğer bir uygulama ise Japonya’da 1995’de olan 6.9 büyüklüğündeki depremden hemen sonra uygulanmıştır. (58) Depremin oluştuğu faya 1800 metrede 4 MPa basınçla 258 ton su basılmış, su basma sonrası deprem fayı üzerinde büyüklüğü -2 ile 1 arasındaki depremlerin arttığı gözlenmiştir. Bu uygulama, fay kırıkları bölgelerinin sıvı geçirgenliklerinin yüksek olduğu ve fay alanında sıvı gözenek basıncının yüzde 10 değişiminin fayı hareket ettirebileceğini göstermiştir.
Gaz basma uygulamaları
Doğalgaz depolama: Üretimi dengelemek, güvenlik ve ulusal gaz rezervlerini oluşturma adına yeraltına doğalgaz depolaması yaygınlaşmaktadır. Mayıs 2015 tarihi itibariyle Avrupa’da 268 sahada, ABD’de 400 sahada yeraltı doğalgaz depolama tesisleri vardır. Doğalgaz genellikle boşalan petrol ve doğalgaz hazneleri, su havzaları ve tuz tabakalarına depolanmaktadır. Yeraltına doğalgaz depolama işlemleri sırasında da tetiklenmiş depremsellik olayları yaşanmaktadır. Gaz depolanan Hollanda’da Bergermeer sahasında çok sayıda küçük deprem tetiklenmiştir. Çek Cumhuriyeti’nde Haje sahasında büyüklüğü 1.5 değerine kadar yükselen ve ayda 15 adet tetiklenmiş deprem oluştuğu rapor edilmiştir. Çin’de Hutubi gaz depolama sahasında 2009-2015 yılları arasında büyüklükleri 3.6’ya varan 700’den fazla tetiklenmiş deprem oluşmuştur. (3, 4)
Özbekistan’daki Gazlı gaz üretim sahası aynı zamanda doğalgaz depolama için de kullanılmaktadır. Burada 1976-1984 yılları arasında 3 tane 7.0’den büyük deprem olmuştur. Bölgede gaz depolama ile ilgili olarak 5.0 büyüklüğünde deprem tetiklendiği rapor edilmiştir. (59)
İspanya’daki projede ise eski Amposta petrol sahasına 1,3 milyar metreküp doğalgaz depolayarak İspanya’nın gaz ihtiyacının yüzde 25’ini karşılamak amaçlanıyordu. Bu eski petrol haznesine 2-16 Eylül 2013 tarihleri arasında 1075 metre derinliğe gaz basma başlatılmış, gaz depolama başladıktan üç gün sonra 2.6 büyüklüğünde bir deprem olmuştur. Gaz basma işlemi 16 Eylül’de durdurulmuş ancak tetiklenmiş deprem etkinliği sürmüştür. 1 Ekim 2013 tarihinde 4.3 büyüklüğünde bir deprem olmuştur. Kaydedilen küçük deprem sayısı 1000’den fazla, bunlardan 420 tanesinin büyüklüğü 2.0’den daha büyük olmuştur. 2016 yılında depremsellik sürmüştür. Daha önce 2011 yılında bölgede 5.1 büyüklüğünde bir deprem yaşamış olan halk bu duruma tepki göstermiş ve proje durdurulmuştur. (60) Bölgenin tarihsel ve aletsel dönem depremselliğinin çok az olması, ortaya çıkan bu tetiklenmiş depremsellik olayının yeraltına doğalgaz depolanması ile ilişkili olduğu bilimsel gözlemlerle açıkça ortaya konulmuştur.
Petrol üretimi için CO2 (karbondioksit) basma: Petrol üretimini artırma amacıyla birçok petrol kuyusundan hazneye CO2 basılır. Çoğunluğu Teksas’ta olmak üzere dünyada ortalama 100 üretim geliştirme sahasında bu işlem yapılmaktadır. Bu işlemle ilgili olarak tetiklenmiş depremsellik olayının biri Teksas’ta (61) diğeri Kanada Saskatchewan’dadır. (62) Teksas’taki Gogdell petrol sahasında petrol üretimini artırmak için CO2 basılması 2001’de başlamış, 2004 yılından itibaren aylık 40 milyon metreküp gibi yüksek bir seviyeye çıkarılmıştır. CO2 gazı basma işi 2,1 km derinlikte, 20 MPa basınçta ve 75°C’de gerçekleştirilmiştir. 23 yıllık sismik durgunluğun ardından 2006 yılında basılan CO2 gazının oranındaki belirgin artışı takiben, tekrar tetiklenen depremler başlamıştır. İzleyen beş yıl boyunca biri büyüklüğü 4.4 olmak üzere büyüklüğü 3.0 ve daha büyük olan 18 deprem oluşmuştur. Sahanın yakın çevresine kurulan çok sayıdaki deprem kayıt istasyonlarından elde edilen kaliteli deprem verilerinden tetiklenmiş depremlerin daha önce bilinmeyen bir fayın harekete geçmesi sonucu oluştuğu anlaşılmıştır.
Dinamit ve nükleer patlamalar
Nükleer bombalar ve büyük dinamit patlatmaları yaydıkları sismik dalgalar ile yeryüzünü sarsarlar ve büyüklüklerine bağlı olarak depremin yaptığına benzer hasarlara yol açarlar. Dünyamızı saran, özellikle karalarda yoğunlaşan deprem kayıt istasyonları ile günümüzde dünyanın herhangi bir yerinde 3.5 büyüklüğündeki depreme eşdeğer dinamit ve nükleer patlamalar izlenebilmektedir. Depremleri oluşturan fiziksel mekanizma ile dinamit veya nükleer patlamaları oluşturan mekanizma farklıdır.
Deprem büyüklüğü ile o büyüklüğe eşdeğer sismik enerjiyi yaratabilecek dinamit (TNT)/nükleer patlama gücü arasındaki sayısal ilişkiye örnek vermek gerekirse, örneğin 2. Dünya Savaşı’nda ABD’nin Hiroşima’ya attığı 10.000 ton TNT eşdeğeri atom bombasının enerjisi ortalama 5.5 büyüklüğündeki bir depremin sismik enerjisine eşdeğerdir. Bir ton TNT 4.2×109 Joule enerji yayar. 7.0 büyüklüğünde bir depremin sismik enerjisine eşdeğer bir atom bombası ise ortalama 475.000 ton TNT karşılığı bir büyüklüktedir.
Büyük bir nükleer patlama, bulunduğu bölgede yerkabuğunda var olan doğal tektonik gerilmelerin bir bölümünü etkileyebilir. Nükleer patlamaların enerjileri büyük depremlere kıyasla daha az olduklarından etkilediği doğal tektonik gerilme enerjisinin de oranı çok az olmaktadır.
1945 yılından bu yana sekiz ülkede ortalama 2000 kez nükleer deneme yapılmıştır. Bunlardan 1352 tanesi yeraltındadır. 21 tanesi ABD’de, 1 tanesi ise Rusya’da olmak üzere 22 nükleer denemede tetiklenmiş depremsellik oluşmuştur. ABD Nevada nükleer deneme sahasındaki 16 denemeden 10 tanesi tetiklenmiş depremsellik yaratmıştır. (63) Tetiklenen depremlerin büyüklükleri nükleer patlamanın büyüklüğünden daha küçük olmuştur. Nevada’da yapılan nükleer testlerden sonra tetiklenmiş depremler 10 ile 70 gün sonrasında olmakta, derinlikleri 5 km’den daha az ve uzaklıkları patlatma noktasından 15 km’den daha yakında bulunmaktadır. (64, 65) Alaska Amchitka’da yapılan yeraltı nükleer denemelerinde 8 km’lik bir fay üzerindeki yer değiştirme düşey yönde 1 m, yatay yönde 15 cm olmuştur. (66) Cannikin Amchitka nükleer denemesinin sonucu 4.9 büyüklüğü ile örnekleri içinde en büyük olan deprem, patlatmanın yarattığı boşluğun çökmesi ile oluşmuştur.
Değerlendirme ve yorum
Dünyadaki endüstriyel etkinliklerin yarattığı tetiklenmiş depremsellikle bugüne kadar gözlemlenen 700’den fazla olay devletlerin, medyanın ve halkın dikkatini çekmiş ve birçok bilimsel araştırma ve tartışmalara konu olmuştur. Halkın rahatsız olması, çevre kirliliği, açılmaya başlayan tazminat davaları nedeniyle bazı devletler, planlama, izinler ve denetim konusunda bazı düzenlemeler yapmaktadırlar. Yeraltı kaynaklarına yönelik endüstriyel olayların az bir oranı tetiklenmiş depremsellik olayları yaratsa bile bazı ülkeler tarafından benimsenen ek yerbilimsel çalışmalar ve incelemeler yoluyla bazı olası riskleri azaltmak için yeni stratejiler geliştirilmektedir. Şubat 2015’te EPA (ABD Çevre Koruma Ajansı) petrol, gaz ve atık su depolama ve basınçlı suyla yeraltında kaya çatlatma (hydro-fracturing) vb gibi endüstriyel uygulamalar ile ilgili tetiklenmiş deprem dahil diğer çevresel riskleri en aza indirmek ve yönetmek için rapor, yasa ve yönetmelikler yayınlamaktadır. (67, 68) ABD’de 30.000’den fazla atık su bertaraf kuyusunun varlığı -küçük bir bölümü dahi olsa- hasar yapıcı deprem tetiklemesi nedeniyle çok fazla dikkat çekmektedir. Atık su ve kimyasal sıvıların yeraltına depolanması gibi uygulamaların oluşturduğu risklerin azaltılması için toplumsal duyarlığın artması gerekmektedir.
Hollanda’da Groningen doğalgaz sahasında oluşan tetiklenmiş depremler nedeniyle Hollanda Ekonomi Bakanlığı tetiklenmiş depremlerin oluşumunu daha iyi anlamak ve bunların risklerini değerlendirmek için kapsamlı bir çalışma programı başlatmıştır. (69) 2013 yılında Groningen gaz haznelerinden 53,9 milyar metreküp doğalgaz çıkarılırken oluşan tetiklenmiş depremleri azaltmak için 2015-2016 döneminde üretim tavanı 27 milyar metreküpe düşürülmüştür.
San Francisco’nun kuzeyindeki Geysers sahasında planlanan yeni bir jeotermal projesi için halkın tepkisi Enerji Bakanlığının projeyi askıya alması ile sonuçlanmıştır. Çevreyi daha az kirleten alternatif enerji kaynakları üretimi sırasında oluşan ve halkı rahatsız eden tetiklenmiş depremsellik olayları nedeniyle durumun uzmanlar ve yöneticiler tarafından gözden geçirilmesi gerekmektedir. Tetiklenmiş depremsellik ve diğer çevre etkileri konusunda projelerden önce, sırasında ve sonrasında kamuya ve yetkililere gerekli bilgilerin verilmesi sağlanmalıdır. Ayrıca yerel ve merkezi yöneticiler olası deprem riskini denetim altına almak için, yeraltına basılan akışkanların basıncını veya yerini sınırlamak gibi önlem stratejileri geliştirmelidir. Olası riskler ve hasarlara karşı sigortalama işlemlerinin nasıl olacağı düşünülmelidir. Bu süreç biliminsanları, politikacılar ve halkın katıldığı ortamlarda tartışmayı gerektirir. Aksi durumda, toplum bilgilenemediği için gelecekte umut verici alternatif enerji teknolojilerine tepkiler artarak sürecektir.
2014 yılında İtalya Ekonomik Gelişme Bakanlığı hidrokarbon (petrol-doğalgaz) üretimi, yeraltına su/sıvı basma ve doğalgaz depolama ile ilgili olarak bir İzleme Yönetmeliği yayınlamıştır. Yönetmelik tetiklenen depremlerin, yer ortamının yamulmasının (deformasyon) ve sıvı gözenek basıncının değişiminin izlenmesi ile ilgili standartları belirlemiştir. Bu yönetmeliğin temel aldığı kurallar, yukarıda sıraladığımız türde endüstriyel projelerle ilgili olarak a) tetiklenmiş ve doğal depremleri kaydetmek, b) tetiklenmiş ve doğal depremleri ayırt etmek, c) trafik ışığı anlayışına uygun olarak kullanılabilir bir karar verme düzeni oluşturmak ve d) sanayi şirketinin izleme şeffaflığı ve bağımsızlığına müdahale etmemesinin sağlanması olarak özetlenebilir
Bir bölgede insan kaynaklı endüstriyel etkinlikler nedeniyle tetiklenmiş depremsellik olasılığının incelenmesi veya belirli bir endüstriyel etkinliğe bağlı olup olmadığının araştırılması, o etkinliğin kesin olarak tetiklenmiş depremsellik yarattığı veya zarar verici depremlere neden olacağı anlamına gelmez. Ancak bilinmelidir ki sayısı ve kapasitesi giderek artan yeraltı kaynaklarının elde edilmesi ve üretimin artırılması girişimlerinde hasar yapan depremler tetiklenmiştir. Ancak çoğu tetiklenmiş deprem büyüklükleri itibariyle hasar yapıcı da değildir. Tetiklenmiş depremsellik konusu bir bilimsel araştırma ve inceleme alanı olmakla birlikte söylentilere ve toplumda yanlış anlaşılmalara da açık bir konudur. İlgilenenlerin bu tür çalışmaların güvenilir sonuçlarını anlamak için bilimsel yayınlara başvurmaları ve konuyla ilgili biliminsanlarına danışmaları gerekir.
Bazı tanımlar
Megapascal (MPa): Pascal (paskal) metrik sistemde basınç birimidir. Adını Fransız bilim adamı Blaise Pascal’dan alır. Soluduğumuz havanın doğal atmosfer basıncı 0,1013 MPa’dır. Bu değer 1,013 bar basınca eşittir. Bir otomobilin lastik basıncı ortalama 3,2 MPa’dır.
Megawatt (Mw): 1 Mw enerji, 1 milyon watt (w) enerjiye eşdeğerdir ve bu enerji 1000 evin elektrik enerji ihtiyacını karşılar. Evlerimizdeki ütü ve elektrik sobaları 1000-2000 watt/saat enerji harcarlar.
Trafik ışığı yöntemi: Tetiklenmiş depremsellik yaratan endüstriyel uygulamalarda çalışmanın tehlikeyi azaltmak için kullanılan denetim yöntemidir. Bu yönteme göre üretim sahasında oluşan depremleri 7/24 kaydeden sistem tetiklenmiş depremselliğin durumuna göre uyarı verir. Yeşil: deprem artışı yok, sarı: deprem artışı var kabul edilebilir, kırmızı: sahada çalışma (üretim) durdurulmalı.
Kaynaklar
3) Foulger, G. R., Wilson, M. P., Gluyas, J. G., Davies, R. J., & Julian, B. R., 2017. Global review of induced and triggered earthquakes. Earth-Science Reviews, submitted.
4) Wilson, M. P., Foulger, G. R., Gluyas, J. G., Davies, R. J., & Julian, B. R., 2017. The Human-Induced Earthquake Database, HiQuake. Department of Earth Sciences, Durham University, UK. Dataset. http://inducedearthquakes.org/reports/
6) McGarr, A., 2014. Maximum magnitude earthquakes induced by fluid injection, Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 119, 1008-1019.
42) Healy, J. H., W. W. Rubey, D. T. Griggs, and C. B. Raleigh, 1968. The Denver earthquakes, Science, 61, 1301-1310.
43) Yeck, W. L., A. F. Sheehan, M. Weingarten, J. Nakai, and S. Ge, 2014. The 2014 Greeley, Colorado earthquakes: Science, industry, regulation, and media, paper presented at AGU Fall Meeting Abstracts.
44) Nicholson, C., E. Roeloffs, and R. L. Wesson, 1988. The northeastern Ohio earthquake of 31 January 1986: Was it induced?, Bull. seismol. Soc. Am., 78, 188-217.
45) McNamara, D. E., H. M. Benz, R. B. Herrmann, E. A. Bergman, P. Earle, A. Holland, R. Baldwin, and A. Gassner, 2015. Earthquake hypocenters and focal mechanisms in central Oklahoma reveal a complex system of reactivated subsurface strike-slip faulting, Geophys. Res. Lett., 42, 2742-2749.
46) Kovach, R. L., 1974. Source mechanisms for Wilmington oil field, California, subsidence earthquakes, Bulletin of the Seismological Society of America, 64, 699-711.
47) Hirschberg, S., Wiemer, S. and Burgherr, P. (eds.), 2015. Energy from the earth: Deep geothermal as a resource for the future? TA-SWISS, Centre for Technology Assessment, vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich, Swiss Federal Institute of Technology.
48) Baisch, S., E. Rothert, H. Stang, R. Voeroes, C. Koch, and A. McMahon, 2015. Continued geothermal reservoir stimulation experiments in the Cooper Basin, Australia. Bull. seismol. Soc. Am., 105, 198-209.
49) Calo, M., C. Dorbath, and M. Frogneux, 2014. Injection tests at the EGS reservoir of Soultz- sous-Forets. Seismic response of the GPK4 stimulations, Geothermics, 52, 50-58,
50) Häring, M. O., U. Schanz, F. Ladner, and B. C. Dyer, 2008. Characterisation of the Basel 1 enhanced geothermal system, Geothermics, 37, 469-495.
51) Majer, E. L., and J. E. Peterson, 2008. The impact of injection on seismicity at The Geysers, California geothermal field, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 44, 1079-1090.
52) Stark, M. A., 1990. Imaging injected water in The Geysers reservoir using microearthquake data, GRC Transactions, 17, 1697-1704.
53) Kao, H., A. M. Farahbod, J. F. Cassidy, M. Lamontagne, D. Snyder, and D. Lavoie, 2015. Natural resources Canada’s induced seismicity research, in Schatzalp Induced Seismicity Workshop, 10-13 March 2015, Davos, Switzerland.
54) Schultz, R., V. Stern, M. Novakovic, G. Atkinson, and Y. J. Gu, 2015. Hydraulic fracturing and the Crooked Lake sequences: Insights gleaned from regional seismic networks, Geophysical Research Letters, 42, 2750-2758.
55) Farahbod, A. M., H. Kao, D. M. Walker, J. F. Cassidy, and A. Calvert, 2015. Investigation of regional seismicity before and after hydraulic fracturing in the Horn River Basin, northeast British Columbia, Canadian Journal of Earth Sciences, 52, 112- 122.
56) Seeber, L., J. G. Armbruster, W. Y. Kim, N. Barstow, and C. Scharnberger, 1998. The 1994 Cacoosing Valley earthquakes near Reading, Pennsylvania: A shallow rupture triggered by quarry unloading, Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 103, 24505- 24521.
57) Raleigh, C. B., J. H. Healy, and J. D. Bredehoeft, 1976. An experiment in earthquake control at Rangely, Colorado, Science, 191, 1230-1237.
58), Tadokoro, K., M. Ando, and K. y. Nishigami, 2000. Induced earthquakes accompanying the water injection experiment at the Nojima fault zone, Japan: Seismicity and its migration, Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 105, 6089-6104.
59) Plotnikova, L. M., B. S. Nurtaev, J. R. Grasso, L. M. Matasova, and R. Bossu, 1996. The character and extent of seismic deformation in the focal zone of Gazli earthquakes of 1976 and 1984, M> 7.0, in Induced seismic events, pp. 377-387, Springer.
60) Gaite, B., A. Ugalde, A. Villaseñor, and E. Blanch, 2016. Improving the location of induced earthquakes associated with an underground gas storage in the Gulf of Valencia, Spain.
61) Gan, W., and C. Frohlich, 2013. Gas injection may have triggered earthquakes in the Cogdell oil field, Texas, Proc. Nat. Acad. Sci., 110, 18786-18791,
62) Verdon, J. P., J. M. Kendall, A. L. Stork, R. A. Chadwick, D. J. White, and R. C. Bissell, 2013. Comparison of geomechanical deformation induced by megatonne-scale CO2 storage at Sleipner, Weyburn, and In Salah, Proceedings of the National Academy of Sciences, 110, E2762-E2771.
63) Boucher, G., A. Ryall, and A. E. Jones, 1969. Earthquakes associated with underground nuclear explosions, J. Geophys. Res., 74, 3808-3820.
64) Hamilton, R. M., B. E. Smith, F. G. Fischer, and P. J. Papanek, 1972. Earthquakes caused by underground nuclear explosions on Pahute Mesa, Nevada Test Site, Bull. seismol. Soc. Am., 62, 1319-1341.
65) McKeown, F. A., 1975. Relation of geological structure to seismicity at Pahute Mesa, Nevada test site, Bulletin of the Seismological Society of America, 65, 747-764.
66) McKeown, F. A., and D. D. Dickey, 1969. Fault displacements and motion related to nuclear explosions, Bulletin of the Seismological Society of America, 59, 2253-2269.
67) https://www.epa.gov/hw/proper-management-oil-and-gas-exploration-and-production-waste
68) https://www.epa.gov/hydraulicfracturing
69) Lucia van Geuns, 2013. Induced seismicity in the Groningen Gas Field, NL: challenges and lessons learnt, Netherlands Induced Seismicity Potential in Energy Technologies 262 pages.