Sismicidad Inducida

        Tal vez en los últimos meses has tenido noticias relacionadas con los seísmos-terremotos-temblores-sacudidas que ha provocado una de las instalaciones de almacenamiento de gas en el Levante español, el denominado Proyecto Castor. Pues bien, esta entrada trata de poner perspectiva en el asunto de la sismicidad inducida por las actividades humanas, ya sea por la manipulación desde el interior del subsuelo o desde el exterior.      

        La corteza terrestre es una capa en continuo movimiento, cuarteada en un buen número de capas tectónicas sometidas a constantes tensiones y profundos cambios que se convierten en roturas cuando se superan sus límites de resistencia, provocando lo que comúnmente se denomina fallas o provocando movimientos de éstas. Evidentemente las fallas suelen aparecer en aquellos lugares donde existan superficies y planos de debilidad preexistentes.

       La cantidad de seísmos importantes (M>4) que se producen en el mundo de forma natural al cabo de un año es muy alta. Aún sin conocer datos de buena parte del mundo donde no existen registros, sabemos que sólo en lugares como el cinturón circumpacífico se estima que ocurren más de 20.000 sismos/año de magnitud superior a M4, y más de 200 sismos/año superan M6. Es obvio que la tierra por sí tiene un poder sísmico elevado, pero desde mediados del siglo XX se ha venido observando otro fenómeno, y es la ocurrencia de sismos asociados a las actividades humanas. Buena prueba de ello, es el aumento de sismicidad en el centro de los Estados Unidos, donde se ha pasado de 20 sismos M>3 por año en 1950 a más de 200 sismos por año en 2009 y continúa creciendo según el trabajo de Ellsworth et al. (2012). Este dato es hoy objeto de estudio, pero es evidente que de alguna forma se está activando la sismicidad en la zona. La imagen con los epicentros y las magnitudes puede dar una idea de este fenómeno alrededor del mundo.

     Para acercarnos más al tema, es conveniente comenzar por describir el fenómeno sísmico y su cuantificación.

- El Fenómeno Sísmico:
 

      La energía liberada en la rotura de la corteza produce una emisión de ondas que transmiten cambios de volumen en el material a su paso. Unas viajan por el interior de la tierra, son las primarias P, y secundarias S, mientras que las que lo hacen por la superficie son las ondas Raleigh y Love.

     Las ondas P, son ondas longitudinales, es decir, provocan compresión y dilatación en la dirección de propagación, además son 1.73 veces más rápidas que las S y pueden viajar a través de materiales líquidos o sólidos.

    Las ondas S, tienen un desplazamiento transversal a la dirección de propagación, y su velocidad es inferior a las P. Son estas las que generan oscilaciones durante el movimiento sísmico y las responsables de la mayor parte de los daños.

Las ondas Love son ondas superficiales cuya transmisión provoca desplazamiento horizontal de cizalla en la superficie.

     Las ondas Rayleigh son ondas superficiales que al propagarse generan un movimiento elíptico-retrógrado del suelo.

    La caracterización de los sismos se lleva a cabo mediante dos tipos de valores, que frecuentemente se confunden. Son la magnitud y la intensidad. La magnitud trata de cuantificar la energía liberada en un episodio sísmico, mientras que con la intensidad se hace referencia al poder destructor del sismo en un lugar concreto

Sismicidad Inducida:

      Las actividades humanas pueden inducir sismos de cierta consideración en lugares donde la estructura geológica del suelo es propensa a ello, es decir, aquellas zonas ya fracturadas y sometidas a tensiones que facilitan una nueva rotura. Además las tensiones provocadas por la actividad humana deben ser suficientes para desencadenar la rotura. La simultaneidad de estos factores es relativamente complicada y sólo se da en los casos particulares que a continuación se tratan:

1. Sismicidad inducida por embalses de agua.

     
       La construcción de embalses se viene haciendo desde tiempo inmemorial, y resulta evidente que en algunos casos han sido responsables de temblores de magnitud considerable.

Dos de los casos más extremos registrados son el de la presa de Koyna (India), que al parecer provocó un sismo de M6.5 en 1967 durante su primer llenado, que causó la muerte de 200 personas en zonas cercanas y el agrietamiento de la propia presa, que tras ser reparada sigue en explotación hasta hoy sin más problemas.

      Para ilustrar mejor este punto se muestra la siguiente tabla de los casos más representativos a nivel mundial y de nuestro país. Aunque son muchos más.

       Uno de los casos más conocidos de la sismicidad inducida por embalses en España, es el producido por la presa de Itoiz, en Navarra. El siguiente gráfico muestra los sismos registrados durante el llenado:

2. Sismicidad inducida por extracción de gas y petróleo. Convencional y forzada.

 
       Este caso es otra fuente de sismicidad, aunque de escasa relevancia. Teniendo en cuenta la cantidad de pozos de petróleo y gas que se explotan a lo largo y ancho del mundo, y son una ínfima parte aquellos que generan alguna sismicidad. En EE.UU. donde existen miles de campos petrolíferos y de extracción de gas, el National Research Council, contaba en 2012 con tan sólo 38 campos que habían registrado sismicidad, y nunca superior a M4.

Por otra parte también existe el caso de una alta sismicidad asociada a la extracción de petróleo y gas. En Gazli, Uzbekistán, donde la sismicidad natural es baja, se han llegado a medir sismos de M7 asociados a dicha extracción en varias ocasiones. Teniendo en cuenta la extracción forzada, es decir, la inclusión de fluidos en los yacimientos para aumentar su presión y así obtener un mayor porcentaje de aprovechamiento, tan sólo se ha llegado a constatar la inducción de un sismo de magnitud 4.6. Datos de EE.UU. , donde sólo en Texas existen más de 108.000 licencias de pozos de extracción forzada, (NRC, 2012).

3. Sismicidad inducida por la Geotermia

     

  La explotación del calor de la tierra, extrayéndolo de zonas profundas es un procedimiento novedoso y de gran potencial. Una de las mayores instalaciones se encuentra en Carolina del Norte, y viene operando desde 1965 con una capacidad generadora de 735 Mw y 420 pozos.

La extracción de vapor ha generado sismicidad inducida con sismos de magnitud M>4, siendo el mayor de M=4.67 en 2008. Un acuerdo con las comunidades de vecinos próximas permite la continuidad de la explotación. No es el caso de Basilea, Suiza, donde una central de este tipo cerró tras crear un sismo de M=3.4 por la fuerte presión social.

4. Sismicidad por inyección de agua sobrantes

       De la misma forma que la inyección de otros fluidos, las aguas procedentes de las labores de extracción de gas y petróleo que se inyectan en el subsuelo pueden producir sismos de magnitud similar a otras operaciones de inyección. En EE.UU. existen más de 10.000 pozos con licencia para inyectar aguas sobrantes de la industri petrolifera. La cantida de sismos generados con M3 es elevado y la magnitud del sismo mayor alcanzó M4.3

5. Sismicidad inducida por Fracturación Hidráulica

La fracturación hidráulica se usa para extraer los últimos recursos de gas almacenados en pizarras impermeables y también para favorecer la extracción de calor en instalaciones geotérmicas. Se trata de fracturar las rocas en profundidad mediante inyecciones de agua a presión.

         Esta técnica aparentemente agresiva y comúnmente llamada “fracking”, no ha provocado en 50 años de uso en EE.UU. ni un sólo sismo relevante existiendo mas de 35.000 pozos donde se practica. Sin embargo, ha sido muy notorio el caso ocurrido en Blackpool, Inglaterra, donde la fracturación hidráulica de pizarras para obtención de gas provocó un sismo de M2.3, en abril de 2011, lo que obligó al cierre temporal de la instalación. El estudio realizado por Eisner et al. (2011), a propósito del suceso indica que las especiales características del yacimiento provocaron la excesiva propagación de la presión de agua utilizada para la fracturación de la roca. Dicha presión se propagó a lo largo de los planos de estratificacion llegando a actuar sobre una falla próxima, probablemente inestable. Los informes de vigilancia realizados después permiteron junto a las medidas de control la continuidad de la explotación.

    De todo lo expuesto se puede decir que la sismicidad inducida, a juzgar por las casos históricos conocidos, siempre es inferior a la provocada por la naturaleza. Siendo esta última capaz de generar sigmos destructivos de hasta M9, mientras que con las intervenciones del hombre lo máximo ha sido M7.3. Para magnitudes inferiores, M4 por ejemplo, estas actividades han incrementado la tasa anual de sismos, siendo para valores superiores a M4 el incremento de tan solo de un 0.1% a 0.2%.

     En España hasta hace poco la sismicidad inducida ha estado restringida a los embalses de agua, con lo cual resulta nueva la sismicidad inducida por otras actividades industriales. La quinta instalación de almacenamiento de gas (están en funcionamiento sin ningún problema Gaviota, Serrablo, Yela y Marismas) más conocida como Proyecto Castor ha inducido sismos de hasta M4.2 (1 de septiembre de 2013). Parece probado tras varios informes que las inyecciones de gas han reactivado parcialmente el sistema de fallas próximo a la zona de inyección, desencadenando los sismos.

         Las técnicas actuales, principalmente las mediciones geofísicas, están en el camino de discernir cada vez con más definición cuáles son las características del subsuelo que se pretende manipular, cartografiando fallas, midiendo su peligrosidad potencial, sus posibles desencadenantes, etc. Lo que no significa tener la seguridad al 100%, puesto que cualquier proyecto que implique la manipulación del suelo, tiene un componente importante e intangible de riesgo.