Прекращение закачки жидкости вызывает временные изменения в местном поле напряжений и индуцируемой сейсмичности в кальдере Крафла, Исландия

Почему толчки от чистой энергии имеют значение

Геотермальная энергетика обещает низкоуглеродную электроэнергию за счёт использования внутреннего тепла Земли. Но подача воды в горячие породы иногда может вызывать небольшие землетрясения, что вызывает беспокойство у местных жителей и регуляторов. В этом исследовании подробно изучается известное геотермальное поле внутри вулкана Крафла в Исландии, чтобы ответить на, казалось бы, простой вопрос: что происходит под землёй и как меняется локальная сейсмическая активность, когда операторы внезапно прекращают закачку холодной воды в горячий резервуар породы?

Естественная лаборатория внутри исландского вулкана

Крафла — беспокойный вулкан, расположенный на границе расходящихся литосферных плит Исландии, где корка уже испытывает сильные тектонические и магматические силы. На протяжении десятилетий инженеры бурили там скважины для получения пара и горячей воды для производства электроэнергии, а с 2002 года одна конкретная скважина, KG‑26, используется для закачки охлаждённой геотермальной воды обратно в недра. Поскольку район покрыт постоянными сейсмометрами, а в 2022 году по кальдере была развернута очень плотная временная сеть почти из сотни приборов, Крафла является одной из лучше всего мониторенных геотермальных систем на Земле. Эта плотная сеть дала учёным редкую возможность внимательно наблюдать за тем, как подземные напряжения и закономерности землетрясений реагируют, когда закачку намеренно приостанавливают на несколько дней.

Прослушивание крошечных толчков и поляризованных волн

Команда сначала проанализировала тысячи мелких землетрясений, зарегистрированных с 2017 по 2022 год. С помощью техники, называемой сопоставлением шаблонов (template matching), они искали события, чьи сейсмические формы волны тесно напоминали эталонное землетрясение под скважиной для закачки, которое характеризовалось боковым, или сдвиговым (strike‑slip), движением по почти вертикальному разлому. Это позволило им выделить тонкий кластер схожих сдвиговых толчков на фоне гораздо более широкого фона нормальных обрывных землетрясений, типичных для региона. Одновременно они проанализировали, как сдвиговые волны распадаются на две компоненты при прохождении через трещиноватые, заполненные жидкостью породы. Направление более быстрой волны и задержка между двумя компонентами несут информацию о том, как ориентированы трещины и насколько они насыщены флюидом, что в свою очередь отражает местное поле напряжений и поровое давление.

Что изменилось, когда насосы выключили

Во время 25‑дневного эксперимента летом 2022 года операторы отключили закачку в скважине KG‑26 в течение 30‑минутного интервала и держали её выключенной три дня. В течение нескольких часов плотная сеть обнаружила резкий всплеск мелких землетрясений прямо рядом со скважиной, сосредоточенных вдоль узкого сдвигового разлома, а не распределённых по более широкой площади. Одновременно направление поляризации быстрых сдвиговых волн вблизи скважины повернулось примерно на 90 градусов, а временная задержка между быстрой и медленной компонентами уменьшилась. Оба изменения указывают на быструю реорганизацию того, как трещины были нагружены и как флюиды заполняли их непосредственно после прекращения закачки. Станции, расположенные всего на несколько сотен метров дальше, не показали такого поведения, что свидетельствует о том, что возмущение было строго локализовано вокруг объёма, затронутого внедрённой водой.

Скрытый водяной карман и напряжённый разлом

Чтобы понять, где накоплялись флюиды, исследователи объединили свои данные о землетрясениях с ранее полученной трёхмерной визуализацией скоростей сейсмических волн под Крафлой. Эти изображения показывают компактную зону с необычно высоким соотношением скоростей продольных и поперечных волн на глубине дна скважины, что согласуется с наличием кармана относительно холодной жидкости в иначе очень горячей породе. Землетрясения в сдвиговом кластере выстраиваются вдоль края этого кармана. Наблюдения позволяют предположить, что в периоды длительной устойчивой закачки высокое поровое давление в насыщенных флюидом трещинах способствует «смазыванию» разлома и поддержанию фоновой нагрузки, которая в основном снимается тихо. Когда закачку резко останавливают, давление в резервуаре падает, и баланс сил вдоль разлома сдвигается, повышая эффективное касательное напряжение на части разлома и позволяя ему сойти с места серией мелких событий.

Что это значит для более безопасной геотермальной энергетики

С точки зрения неспециалиста, исследование показывает, что недра под геотермальной установкой могут оказаться удивительно чувствительными к тому, как операторы управляют закачкой жидкости, а не только к самому факту закачки. В Крафле кратковременное прекращение потока холодной воды оказалось достаточным, чтобы повернуть местное поле напряжений, изменить распространение сейсмических волн и разбудить ранее тихий сдвиговой разлом, хотя более широкая вулканическая область оставалась без изменений. После возобновления закачки сейсмическая активность вблизи разлома быстро утихла, а индикаторы заполненных флюидом трещин начали возвращаться к прежнему состоянию. Эти результаты указывают на то, что тщательный контроль над тем, как и когда снижать или приостанавливать закачку — избегая резких отключений и понимая размер и расположение богатых флюидом карманов — может помочь геотермальным проектам извлекать чистую энергию, минимизируя при этом риск ощутимых землетрясений.

Цитирование: Glück, E., Davoli, R., Ágústsdóttir, T. et al. Fluid injection interruption causes temporary changes in local stress field and induced seismicity at Krafla caldera, Iceland. Sci Rep 16, 7942 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39532-1

Ключевые слова: геотермальная энергия, индуцируемая сейсмичность, закачка жидкости, вулкан Крафла, реактивация разломов