Clear Sky Science
הסברים מבוססי ראיות, עם מעט ז'רגון

Clear Sky Science · he

ניתוח פורומכני סטוכסטי חוזה סיכוי בולט להיקף חריגה לרעידת האדמה בפוהאנג, דרום קוריאה, 2017, עוצמה Mw 5.5

· חזרה לאינדקס

מדוע רעידת אדמה מעשה ידי אדם חשובה

ב־2017 רעידת אדמה בעוצמה 5.5 זעזעה את העיר פוהאנג בדרום קוריאה, גרמה לנזקים למבנים והפתיעה מדענים מכיוון שהייתה מקושרת לפרויקט אנרגיה גיאותרמית ולא לשבר טבעי מתחת לפני השטח. הבנת כיצד פעילויות אנושיות כמו הזרקה עמוקה של נוזלים יכולות להצית רעידות כה חזקות היא חיונית אם ברצוננו להרחיב מקורות אנרגיה נמוכי־פחמן מבלי לסכן קהילות סמוכות. המחקר הזה משתמש בגישה מבוססת פיזיקה ובהנעת הסתברויות כדי לשאול שאלה פשוטה עם משמעויות גדולות: בהתחשב במה שאנו (לא) יודעים על הסלעים והעומסים מתחת לפני הקרקע, עד כמה סביר היה שיתרחש אירוע ברמת העוצמה של פוהאנג?

Figure 1
Figure 1.

כיצד פרויקטים אנרגטיים יכולים להעיר סדקים חבויים

מערכות גיאותרמיות משופרות מפיקות חום על ידי הזרקת מים בלחץ גבוה לעומקים גדולים כדי לפתוח סדקים קיימים ולשפר את הסתובבות המים. בפוהאנג ההזרקה נעשתה לסלע גרניטי בעומק של כ־4.2 קילומטר, בקרבת שבר קיים שלא פרץ לפני השטח. כאשר מים בהשוואת לחץ נכנסים לסלעים, הם מעלים את הלחץ בנקבוביות הזעירות בין גרגרי המינרלים ומשנים במעט את האופן שבו המערכת הסלעית נושאת עומסים. השינויים העדינים האלה יכולים להפחית את התנגדות החיכוך של השבר, מה שמאפשר לו להחליק. בפוהאנג מספר קווי ראיה מצביעים על כך שהרעידה העיקרית התרחשה בסמוך לבור ההזרקה, לאורך משטח שבר ישן שמצבו המדויק של כיוונו והעומס עליו היו, ועדיין הם, לא מעוגנים היטב.

הפיכת אי־הוודאות לתחזית הסתברותית

מרבית הניתוחים הקודמים של רעידת פוהאנג ניסו לשחזר מודל תת־קרקעי יחיד "הטוב ביותר", בהנחה שהשבר כבר היה קרוב מאוד לקריסה כך ששינויים זעירים במתח יכולים היו להפעילו. אך מדידות שדה ונתוני רעידות אדמה מצביעים על כך שהשבר הזה היה יציב יותר מאשר התמונה הפשוטה הזו מרשה. במקום להמר על תרחיש יחיד, החוקרים מתייחסים למאפיינים מרכזיים מתחת לפני הקרקע — כגון כיוון ועוצמת המתח, זווית השבר וחיכוך משטח השבר — ככמויות לא ודאיות. לאחר מכן הם משתמשים בטכניקה הנקראת סימולציית מונטה־קרלו: אלפי עולמות תת־קרקעיים שונים במעט, אך פיזיקלית סבירים, מיוצרים, ולכל אחד מהם הם מחשבים כיצד מפושט הלחץ של הנוזל, כיצד הסלעים מגיבים באופן מכאני והאם השבר יחליק, ובאיזו מידה.

סימולציה של תגובת השברים להזרקה

כדי לשמור על מנהלות חישובית למספר עצום של ניסויים, הקבוצה משתמשת בנוסחאות אנליטיות במקום מודלים נומריים כבדים כדי לתאר כיצד ההזרקה מעלה את לחץ הנקבוביות מסביב לבור וכיצד שינוי זה משתקף בשדה המתח המקיף. הם בוחנים שתי דרכים ריאליסטיות שבהן השבר עשוי לזוז, שתיהן מערבות תערובת אלכסונית של החלקה אנכית וצידית. במקרה הבסיס שלהם, עם מאפייני סלע ומתח ממוצעים, השבר נשאר יציב בפועל למרות ההזרקה — דבר הסותר בקלות את רעידת האדמה האמיתית. כשהם מאפשרים לפרמטרים הלא ודאיים להשתנות בתוך טווחים הנתמכים על ידי מדידות ומבחני מעבדה, כמה מימושים יוצרים רק רעידות זעירות בלתי־ניתנות לזיהוי, בעוד אחרים מייצרים אירועים גדולים בהרבה. על־ידי המרת גודל שטח ההחלקה בכל מימוש לעוצמת רעידת אדמה, הם בונים התפלגות הסתברותית מלאה של תוצאות אפשריות.

כמה סבירה הייתה רעידת האדמה בפוהאנג?

הסימולציות מראות כי, בתנאים הרלוונטיים לפוהאנג, רעידת האדמה המוטעית הגדולה ביותר יכולה עקרונית להתקרב לעוצמה של כ־7, אך אירועים כאלה אינם סבירים. משמעותי יותר הוא ההסתברות המוערכת לעבור גבולות עוצמה מסוימים. עבור רעידות בגודל האירוע האמיתי משנת 2017 (Mw 5.5), המודל חוזה סיכוי חריגה בטווח של כ־7% עד 15%, בהתאם לדפוס ההחלקה שמניחים. טווח זה מתאים בקירוב לסבירות האישית שגוזרת הסדרה הנצפית של רעידות קטנות יותר באתר. הניתוח גם מגלה קשר ברור בין כמה קרוב השבר היה לקריסה לפני ההזרקה ובין גודל הרעידה שלאחריה. בפוהאנג, כשה"מרווח הבטיחות" ההתחלתי על השבר יורד מתחת לכ־0.1–0.2 מגה־פסקל, אפילו הפרעות פורומכניות מתונות יכולות לדחוף אותו לקרע מזיק.

Figure 2
Figure 2.

מה משמעות הדבר לפרויקטים גיאו־אנרגטיים עתידיים

להדיוט, המסקנה המרכזית היא שרעידת פוהאנג לא הייתה תאונה מוזרה או תוצאה בלתי נמנעת של פיתוח גיאותרמי, אלא סיכון שניתן לכמת התלוי עד כמה סדקים סמוכים נמצאים במצב קריטי, ובמידת הידע שיש לנו לגביהם. המחקר מראה שבשילוב מודלים מבוססי פיזיקה עם ניתוח אי־וודאות שיטתי אפשר להעריך מראש את ההסתברות שההזרקה תפעיל רעידות בגודל נתון. הוא מזהיר שסדקים שכבר קרובים לכשל עלולים לייצר רעידות מזיקות משינויים יחסית קטנים בלחץ, ומרמז שמערכות "אור אדום/צהוב/ירוק" המסורתיות המבוססות רק על ניטור של אירועים קטנים עשויות שלא להספיק. במקום זאת, תרשים אתרי מוקפד והערכת סיכון אדפטיבית מונחית־מודל — כפי שמודגם כאן — יהיו חיוניים אם נרצה להשתמש במשאבים תת־קרקעיים עמוקים בבטחה ובאחריות.

ציטוט: Wu, H., Vilarrasa, V., Parisio, F. et al. Stochastic poromechanical analysis forecasts a notable exceedance probability for the 2017 Pohang, South Korea, Mw 5.5 earthquake. Commun Earth Environ 7, 236 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03268-7

מילות מפתח: רעידות אדמה מעוררות־פעילות אדם, אנרגיה גיאותרמית, יציבות סדקים, הזרמת נוזלים, סיכון רעידת אדמה