Almennar upplýsingar um smáskjálfta

Jarðhitasvæði eru í eðli sínu virk svæði þar sem miklar líkur eru á skjálftavirkni og er því ekki alltaf víst að jarðskjálftar eða smáskjálftavirkni á losunarsvæði verði af völdum losunar affallsvatns. Hinsvegar valda vatnsnám og losun vatns í jörðu spennubreytingum í jarðskorpunni á vinnslu- og losunarsvæðunum. Annars vegar getur það valdið smáskjálftum sem losar þessa spennu eða hins vegar flýtt fyrir jarðskjálftum sem óhjákvæmilega yrðu síðar. Algengast er að breytingar í losun, t.d. ef losun stöðvast tímabundið af einhverjum ástæðum, auki líkur á smáskjálftavirkni.

Í kjölfar á flutningi á niðurrennslissvæði Hellisheiðavirkjunar frá Gráuhnúkum til Húsmúla í september 2011 hófst hrina skjálfta sem kom vel fram á mælum auk þess sem stærri skjálftarnir fundust í byggð. Athygli stjórnvalda og almennings að skjálftavirkni tengdri borun og losun í jörðu vaknaði fyrir alvöru í kjölfarið og í kjölfarið hefur Orkustofnun tekið saman almennar upplýsingar um ástæður slíkrar skjálftavirkni einkum með hliðsjón af borunum og losun. Þá hefur Orkustofnun gefið úr reglur um viðbúnað og viðbrögð við jarðskjálftavá og dregið saman helstu spurningar sem vöknuðu við atburðina í Hellisheiðarvirkjun og svör við þeim.

Líklegustu skýringar á skjálftum samhliða losun eru:

a) Vökvaþrýstingur í berginu (póruþrýstingur) vex og vinnur á móti bergþrýstingi á sprungum. Við það veikist bergið þannig að það getur gengið á misvíxl og myndað jarðskjálfta.

b) Hitabreytingar í berginu geta haft hliðstæð áhrif og í a) af því að vökvinn sem dælt er niður er mun kaldari en jarðlögin. Það leiðir til þess að bergið kólnar næst holunni, dregst saman og brotnar.

c) Breytt efnasamsetning gæti hugsanleg haft áhrif.

Jarðskjálftar sem verða við losun geta verið af tvennum toga, annars vegar örvunarskjálftar  (e. induced earthquakes) og hins vegar gikksjálftar  (e. triggered earthquakes).

Örvunarskjálftar

Örvunarskjálftar verða þegar vökva er dælt ofan í jörðina beinlínis í því markmiði að brjóta bergið til að mynda sprungur um heitt bergið svo unnt sé að vinna varmann úr jörðu. Til þess að gera það þarf að dæla vatni niður undir mjög háum þrýstingi þannig að spenna sem myndast við losunina yfirstígi brotþol bergins næst holunni. Þetta eru skjálftar sem ekki hefðu orðið nema fyrir tilverknað losunarinnar og eru því alfarið manngerðir.

Vökva er stundum dælt niður í borholur undir háum þrýstingi til að búa til sprungur í heitu bergi þannig að ná megi til varmaorkunnar sem þar er. Slík losun veldur óhjákvæmilega jarðskjálftum sem verða þegar bergið brotnar. Þessir jarðskjálftar eru venjulega mjög litlir og vart finnanlegir nema með mælingum. Þó eru aðstæður á sumum stöðum þannig að skjálftarnir verða nokkuð stærri og finnanlegir þótt ekki séu til dæmi um að þeir hafi valdið tjóni svo neinu nemur. Á alþjóðavettvangi er nú unnið mikið að rannsóknum á skjálftum sem verða við þrýstiörvun borholna. Markmiðið er að búa til leiðbeiningar um hvernig best sé að standa að slíkum verkefnum án þess að skjálftar valdi fólki óþægindum, hvað þá tjóni.

Þrýstiörvun jarðhitakerfa má nýta til að vinna jarðhitaorku úr svæðum þar sem náttúruleg lekt er lítil. Ef það tekst að búa þannig til jarðhitakerfi með manngerðum sprungum væri hægt að margfalda framleiðslu á jarðhitaorku í heiminum. Tilraunir af þessu tagi hafa meðal annars farið fram í Bandaríkjunum, Þýskalandi, Sviss, Englandi og Ástralíu en hefur ekki verið beitt svo neinu nemur á Íslandi.

Gikkskjálftar

Gikkskjálftar verða við smávægilega hækkun á vökvaþrýstingi í bergi sem er nærri brotmörkum, þá virkar losunin eins og tekið sé í gikkinn og hleypt af stað skjálfta sem er í aðsigi hvort sem er.

Á Íslandi er iðulega reynt að örva borholur við lok borunar með því að dæla niður köldu vatni í talsverðu magni en sjaldan undir verulegum þrýstingi. Með því móti eru sprungur næst holunni hreinsaðar af borsvarfi en einnig opnast þær stundum, en þá frekar af völdum kælingar en að bergið sé beinlínis brotið með yfirþrýstingi.

Skjálftavirkni við borun

Ef vart er aukinnar skjálftavirkni við borun er það vísbending um að sprungur á svæðinu séu virkar og því vísbending um að losun affallsvökva geti framkallað smáskjálfta. Sem dæmi um skjálftavirkni við borun má nefna Húsmúlasvæðið á Hellisheiði. Smáskjálftavirkni mældist í nokkrum tilvikum þegar holurnar á Húsmúlasvæðinu voru boraðar sem bendir til þess að holurnar skeri virkar sprungur – þ.e. sprungur sem spenna er yfir. Borun holu HN-17 olli hvað mestri skjálftavirkni. Á myndinni eru staðsetningar stærstu skjálftanna sýndar. Smáskjálftavirkni kom einnig fram þegar dælutilraunir voru gerðar í holunum til að meta afköst þeirra. Dælutilraunir fóru fram með misheitu vatni og virðist smáskjálftavirkni helst verða vart þegar köldu vatni er dælt í holurnar. Af því má draga þá ályktun að varmaþensluáhrif losi spennu sem fyrir er í berginu og orsaki þannig jarðskjálfta. Almennt er það talið góðs viti ef smáskjálftavirkni fylgi losun affallsvatns. Það er vísbending um það að sprungur á svæðinu séu virkar og það að lekt þeirra sé góð.

Staðsetningar skjálfta sem mældust stærri en 1.5 með jarðskjálftamælaneti VÍ meðan hola HN-17 var boruð. Niðurdælingarholur á Húsmúlasvæðinu eru merktar sérstaklega. Ennfremur eru misgengi teiknuð inná kortið.