Improving the knowledge of the 2013 Castor UGS (Spain) seismic sequence from a seismological and geomechanical standpoint

Abstract

The injection of fluids into the crust can modify the governing stress state and therefore generate seismic activity. The 2013 seismic sequence which took place in the area around the Castor offshore underground gas storage facility in northeastern Spain is studied here; the project aims to assess the anthropogenic seismicity problem. Location of a dataset of 50 earthquakes which are interpreted jointly with the largest 45, and a focal mechanism computation of the 8 strongest events were performed; seismological aspects were completed by studying the frequency-magnitude relationship. The final part of the study focused on earthquake static stress transfer as a trigger, which was quantified through Coulomb stress changes. Results show that relating earthquakes and faults from earthquake location is difficult, but focal mechanism solutions indicate that both NE-SW to NNE-SSW and NW-SE oriented planes could have hosted the earthquakes. Seismicity could have taken place at greater depths than the reservoir bottom. Frequency-magnitude distribution points towards a first phase of the sequence exhibiting a b value of around 1.5, higher than expected for tectonic earthquakes, but lower than the usually reported values for induced seismicity; afterwards, the b parameter drops towards likely values for slip in active fault systems (near to 1.0), although the linearity of the distribution should be argued. Computed static stress transfer due to the 8 largest earthquakes is consistent with the activation of an eastdipping, NE-SW-striking fault, and it should not have significantly altered return periods of characteristic tremors in the area. The question regarding the origin of seismicity cannot be rigorously addressed unless a quantitative model which considers gas injections and fluid diffusion throughout the fracture network, as well as other earthquake-triggering mechanisms, is made.

Injectar fluids a l'interior de l'escorça terrestre pot modificar l'estat d'esforços dominant i conseqüentment generar activitat sísmica. Aquest treball estudia la seqüència sísmica de 2013 en l'àrea al voltant del magatzem de gas subterrani Castor al nord-est d'Espanya; l'objectiu és avaluar la problemàtica en relació a la sismicitat antropogènica. Es van realitzar localitzacions d'un grup de 50 terratrèmols que s'interpreten en conjunt amb els 45 de major magnitud, així com el càlcul dels mecanismes focals pels 8 més grans; els aspectes sismològics es van completar a partir de l'estudi de la distribució magnitudfreqüència. La part final de l'estudi es concentra en la transferència d'esforç estàtic per terratrèmols propers com a mecanisme físic desestabilitzant, que es quantifica a partir de canvis d'esforç de Coulomb. Els resultats mostren que relacionar terratrèmols i falles a partir de les localitzacions és difícil, però les solucions dels mecanismes focals indiquen que tant falles amb orientació NE-SW a NNE-SSW com NW-SE podrien haver generat els terratrèmols. La sismicitat podria ser més profunda que la base del reservori. La distribució magnitud-freqüència suggereix una primera fase de la seqüència amb valors del paràmetre b al voltant de 1.5, més alts que el que s'espera per terratrèmols tectònics, però inferiors que els valors normalment trobats per projectes que generen sismicitat induïda; posteriorment, el valor de b cau fins a valors normals en el context de terratrèmols tectònics (al voltant de 1.0), tot i que la linealitat de la relació és discutible. Els valors obtinguts a partir de la transferència d'esforç estàtic degut als 8 terratrèmols de major magnitud és consistent amb l'activació d'una falla d'orientació NE-SW que cabussa cap a l'est, i no hauria d'haver modificat de manera rellevant els períodes de retorn de terratrèmols característics en la zona. La qüestió en referència a l'origen de la sismicitat no es pot discutir de manera rigorosa sense un model que permeti quantificar les injeccions de gas i la difusió del fluid a través de la xarxa de fractures presents, així com altres mecanismes que poden desencadenar terratrèmols.