工業用塩水を求めて大量の陥没穴が発生

Jan 01, 2024

上: 2008 年、ニューメキシコ州の別々の塩水井の現場で 2 つの大きな陥没穴が発生しました。 ビジュアル: ルイス ランド、国立洞窟カルスト研究所の提供

2008 年 7 月のある朝、ニューメキシコ州南東部の地下の地面が移動して亀裂が入り始め、巨大な塵の噴煙が空中に噴き上がりました。 数分以内に巨大な陥没穴が出現し、最終的には深さ約120フィート、直径約400フィートにまで成長した。

ニューメキシコ州エネルギー・鉱物・天然資源局の特別プロジェクトマネージャー、ジム・グリスウォルド氏は、「当時は残念な状況だったが、ほとんどの人が一度限りのことだと考えていた」と語る。 しかし数カ月後の11月、同じような大きさの別の陥没穴が開き、近くの道路に亀裂が入ると、再び粉塵が空に向かって流れ出した。

両方の穴、そして後にテキサス州に 3 つ目の穴が出現しましたが、この穴は塩水井戸の場所に現れました。塩水井戸は、淡水を地下の塩層に汲み上げるための工業用井戸です。 淡水は塩と混ざり、塩水を作り、工業目的で地表に運ばれます。 この場合は石油掘削です。 2 つ目の陥没穴が出現した後、グリズウォルドの部門長は彼に新しい任務を与えました。それは、州内にある他の 30 の塩水井戸の安定性を特徴付け、次の危機がどこで発生する可能性があるかを報告することです。

彼が発見したことは、過去 10 年間、ほぼ絶えず心配の種となっていた。 最初の 2 つの陥没穴は辺鄙な地域で開きましたが、次の陥没穴は人口 30,000 人の都市カールスバッドの南端に発生する可能性があることをグリスウォルド氏は発見しました。

この場所では、塩を溶解して地表に引き出すという井戸の役割により、高さよりも広い空洞が生じ、その上の地面が不安定になる状況が発生していました。 そして、この特別な井戸は、2 本の高速道路、鉄道線、用水路、トレーラーハウス公園、教会、飼料店、いくつかのガソリンスタンドの近くに位置していました。 同様に大規模な陥没穴が開いた場合、人命が危険にさらされ、道路や鉄道の交通が停止し、破裂したパイプや貯蔵タンクからのガソリンや井戸からの塩水で地下水が汚染される可能性があります。

州当局はその運命を阻止しようと戦ってきたが、この問題を調査し、解決するための資金を見つけるまでに10年かかった。 （井戸の所有者であるI&W Inc.は2010年に破産を申請したが、当局はその潜在的責任を追及していない。）昨年、ようやく部分がまとまり、前例のない修復努力が始まった。 しかし、この研究によって地下の秘密が明らかになった。空洞の大きさと形状はこれまでの研究が示唆していたものではなく、これは修復にさらに費用がかかることを意味している。 地面が崩れるまでにどれくらいの時間がかかるかは誰にもわかりません。

ニューメキシコ州の州全体にわたる塩水井戸の調査は、科学者たちに差し迫った崩壊の危険にさらされている地域を特定する貴重な機会を与えた。 国内の他のほとんどの地域はそれほど詳しく研究されていませんが、そこにもリスクが存在します。 米国の約 35 パーセントはカルストで覆われています。カルストは、地下水 (または地下水が運ぶ化学物質) が地下の地層を溶かすときにできる陥没穴と洞窟のネットワークが特徴です。 州や連邦政府は被害状況を追跡していないため、陥没穴の頻度と被害額を正確に特定するのは困難だ。 それでも、カールスバッドに本部を置く政府支援の非営利団体である国立洞窟カルスト研究所は、陥没穴による被害を毎年3億ドル以上と控えめに見積もっている。

カールスバッドは、陥没穴の潜在的な危険性と、それを防止または緩和することがいかに困難で、費用がかかるかについて、完全に人為的である極端な例を示しています。

カルストの専門家として米国土地管理局（BLM）に38年間勤務したジム・グッドバー氏は、人間の活動が地下カルストを破壊する可能性はいくらでもあると説明する。 雨どいや高速道路の排水溝は、水を繰り返し 1 つの場所に運び、最終的には地表をすり減らして下の空洞に至る可能性があります。 そして、大量の地下水を汲み上げると地下水面が破壊され、結果的にカルストが不安定化する可能性がある。

フロリダ州は米国で最も大きな被害を受けた州と考えられているが、陥没穴が発生しやすい州には、テキサス州、アラバマ州、ミズーリ州、ケンタッキー州、テネシー州、ペンシルベニア州などがある。 2019年、科学者たちは航空測量を利用して、中国南部で19個の巨大な陥没穴群を発見した。そのほとんどは3,500万立方フィートを超えており、これらの陥没穴が形成されたカルスト系の地下河川が原因である可能性が高い。

大きな出来事は見出しを飾りますが、地盤がゆっくりと空洞に落ち込む小規模な沈下現象の方が、より一般的かつ恒常的に見落とされている問題です。 グッドバー氏がBLMにいた頃、道路やパイプライン近くの陥没穴について、地面が崩れるまで水が流されていたという電話が年に1、2件あったことを思い出した。

「これは静かな災害であり、一度に一か所で私たち全員を襲うとは思えない」と、国立洞窟カルスト研究所の事務局長であり、塩水井を監督する国主導のグループのメンバーでもあるジョージ・ヴェニ氏は言う。

カールスバッドは、ニューメキシコ州南東部からテキサス州西部に広がる地下地層であるパー​​ミアン盆地の端に位置し、2019年の米国国内石油生産量の35パーセント以上を占めた。周囲の砂漠にはポンプジャックと石油の列が並んでいる。時折、掘削装置の白い塔が見えます。 カールスバッドの通りは、ミッドランド州ラボックやテキサス州オデッサの通りと同様、その産業に水、砂、化学物質、設備を供給する補助的な企業が密集している。

ブラインもそうしたビジネスの 1 つです。 井戸の掘削には、ビットを潤滑するために流体（通常は水と化学添加剤で構成される）が必要です。 しかしペルム紀には、サラド層と呼ばれる塩の層が地表と望ましい化石燃料埋蔵量との間に存在する。 水がすでに塩分を含んでいない限り、水はドリルの刃と一直線上に留まるのではなく、その塩の中に浸み込んでしまいます。 したがって、この地域の塩水井は、地元の石油およびガス産業のニーズを満たすのに役立ちます。

人々は何千年もの間、井戸を通じて塩を採掘してきました。ある情報源によると、最初に記録された塩水井戸は2,200年以上前に中国で沈没したとのことです。そして今でも世界中の何千もの場所で塩の採掘が行われています。 米国では、環境保護庁は許可された「溶液採掘」サイトを165か所挙げており、約18,500の井戸が稼働しており、その大部分はウランを採掘している。

「そのような塩水井の操作を行うときは常に、塩を溶解し、不安定になる可能性のある人工の洞窟を地下に作り出すことになります」と、国立洞窟カルスト研究所の水文地質学者、ルイス・ランドは言う。カールスバッド近くの塩水井に関する初期の地球物理学的調査の一部を実施した研究所。 「地下で塩が見つかる場所には、ほぼ必ず塩水井戸が見つかります。」

これはペルム紀盆地を越えた場合です。 2012年、ルイジアナ州で塩水を採掘していた塩のドームが上のバイユーに突き刺さり、水とヒノキの木を吸い込み、すぐに広がり36エーカーに影響を及ぼし、350人が何年にもわたって自宅からの避難を余儀なくされた。

ランド氏によると、事業者は塩水に浮いて地面を緩衝して地面の溶解を防ぐ石油やディーゼル燃料の層を追加することが多いという。 そうすれば、「崩壊する可能性は低くなります。その方法論はニューメキシコ州では実践されていません。」と彼は言います。

2009 年 3 月、規制当局、技術専門家、業界の代表者がサンタフェに集まり、I&W 油井は崩壊する可能性があるというグリスウォルドの結論に同意しました。 同年6月、州は早期警報システムを設置した。 高速道路では、ドライバーが前方の道路が「陥没の可能性がある」と警告する黄色と黒の標識を通過します。 現場を監視する現場のセンサーは、遠くの地震、地元のラッシュアワーの交通、そしてできれば空洞内に落ちる岩石を記録するのに十分な感度を持っています。 そうすれば、高速道路の交通を停止し、地域から避難するよう数時間前に通知されるはずだ。

「突然宇宙に出て、地面にできた大きな穴に落ちてしまうのではないかと心配で、高速道路のあの区間は運転しないと言っている人たちを私に知っています」とヴェニさんは言う。 「その可能性は信じられないほど低いと思います。」

崩壊した場合、穴を埋め戻し、道路、鉄道、事業を修復するための費用に加えて、失われた事業、貨物輸送、用水路から供給される作物、近くのカールスバッド洞窟とグアダルーペ山脈国立公園への観光、そして税収は合計10億ドルになる可能性がある。 修復作業が始まる前、地球物理学的データは、早ければ2021年にも地盤が崩壊する可能性があることを示唆していた。

「これは静かな災害であり、一度に一か所で私たち全員を襲うとは考えられません」とヴェニは言います。

過去 12 年間にわたり、空洞自体のサイズと形状という目に見えないものを明らかにする研究が行われてきました。 ある式では、塩水井に汲み上げられた水の量と地下空洞の体積を相関させているが、その体積が広く浅い空間に分布し、崩壊した場合に地盤が沈下するだけかどうかについてはほとんど述べていない。 、または高速道路や用水路を飲み込むであろう高い空洞の中に。

州は答えを求めてソナー、地震、電気抵抗率の調査を実施した。 おそらく、瓦礫が散乱する部屋があり、その大部分はサラド層のクリーム色であり、古代の内海の乾いた足跡です。 石の一部が積み重なって柱ができたり、角が絡み合ったりしたのかもしれない。 リモートセンシング研究では、主空洞の幅は約350フィート、長さは700フィート、頂点の高さは150フィートであると推定されました。

グリスウォルド氏がその不安定性に気づいた直後、井戸は塩水をポンプで満杯に汲み上げ、セメントと鋳鉄で蓋をした。 その塩水が洞窟の屋根を支えているのです。 しかし、塩水のほんの一部が流出すると地表が目に見えて沈下し、毎年夏になると隣接する用水路に水が落ちることで地表が移動する。 自然のカルスト系でも、周囲の地下水の変化により、系の安定化に役立つ圧力が変化する可能性があります。 地盤はしばらく変動する可能性がありますが、それがどれくらいの期間変動するかは誰にもわかりません。

「時計は時を刻んでいますが、時計が何に設定されているかはわかりません」とヴェニは言います。

それでも、地元住民の中には物事を順調に進めている人もいる。 「恒久的な家だったら違うかもしれない」とチャーリー・カイザーさんは言う。彼はパーム紀の油田で働くために妻とともにオクラホマ州から移住し、修復作業が見える場所に駐車した五輪車の中でしばらく暮らしていた。 「でも、万が一こんなことになったら」と彼はRVに身振りで言いました。「私には保険があります。これは神からの引退のサインだと受け止めます。」

井戸を30年間運営していたI&W社は、井戸の修繕費の支払いを迫られ、破産を申請した。 清算された資産は 300 万ドルを生み出しましたが、その額は現在 5,400 万ドル以上と推定されており、さらに増加し​​ています。 しかし、目に見えず不確実で潜在的な災害を解決するという考えは、2008年の景気低迷による現実的な圧力のさなか、予算のギャップを埋めようと国会議員らが州の再生基金を襲撃した際に衝撃を受けた。 彼らがこの課題に取り組むための資金を見つけるのに10年かかりました。

グリスウォルドさんは現在、塩水井戸の修復に専念しているが、すでにその仕事を引き受けてくれる人を探していた。 材料を溶解して採掘することに特化した「ソリューションマイナー」の世界会議が2017年にアルバカーキで偶然開催され、同氏は問題を提示し、解決策を呼びかけた。 修復作業を監督する州団体は、最も有望だと信じている計画に落ち着いた。空洞にドリルで穴を開け、塩水を汲み出すと同時に、セメント、粘土、水の混合物であるグラウトで空洞を埋めるというものである。 。 労働者はシステムを不安定にしないように注意する必要がある。 そうしないと、構造全体が崩壊してしまいます。

「それは、ジョギング中に靴ひもを結ぼうとするようなものだと思います」と国立洞窟カルスト研究所のランド氏は言う。 「それは明らかにできることであり、これを落札したエンジニアリング会社がやっているのですが、それはデリケートな仕事です。」

昨年の9月から活動が活発になってきた。 当初の目標はこの夏に完成する予定だったが、井戸を開いて作業することで、その寸法に関する新しいデータを収集する機会が得られた。 南側の部分は予想よりも安定しており、すぐに埋まってしまいました。 これにより、トレーラーホームパークと用水路の近くのエリアが確保されました。 しかし、北端の一部は高速道路 285 号線の下にあり、予想よりも広いことが判明した。

追加のセメント混合物の費用は州予算を圧迫するだろうとヴェニ氏は言う。 「そこで彼らが始めたのは、砂を注入することでした。」

「時計は時を刻んでいますが、時計が何に設定されているかはわかりません」とヴェニは言います。

その後、空洞は 70% まで満たされると予想されていた量の砂を飲み込みましたが、まだ 20% しか満たされていませんでした。 ソナーは、砂の3分の2が、以前の内部崩壊によって空隙を埋めるのではなく、瓦礫の中に漂流したことを示唆している。 「これを行うには、膨大な量の砂が必要になるでしょう」とヴェニ氏は言う。これは州の現在の予算で賄える量を超えている。

米国地質調査所のカルスト専門家、ランドール・オーンドーフ氏は、たとえ小さな陥没穴が開いて、目に見える穴を埋める作業が行われた場合でも、これは典型的なことだと言う。

「地下に何があるか見えないまま、多くの場合、彼らは『よし、これにグラウトを注入できる』と言って地下に入り込み、陥没穴がある場所の周囲の土を岩盤に至るまですべて掘り出します。そして、コンクリートグラウトを穴に投げ込み始めます」と彼は言います。 「場合によっては、これは非常に巨大な洞窟であり、最終的には費用がかかりすぎて実行できなくなります。」

戦没将兵追悼記念日の直前に作業が一時停止され、さらにどれくらいの砂が必要かを確認するためにソナーが作動した。 作業は再開されたが、州が資金を探している間、7月末に再び中断された。

グリスウォルド氏は2019年9月の会合で、注射中のこの取り組みには月300万ドル以上の費用がかかり、2009年と同様に州は厳しい財政に対処していると述べた。 石油・ガス業界からの税金とロイヤルティはニューメキシコ州の一般財源収入の最大４０％を占めており、今春の原油価格が前例のない安値に達したことを受け、議員らは歳出削減を余儀なくされている。

同州エネルギー・鉱物・天然資源省の局長サラ・コットレル・プロプスト氏は、7月に開催されたカールスバッド塩水井浄化局のオンライン会議で、国内に放棄された推定210万本の一部を取り戻すための保留中の議会資金を求めることが選択肢の1つであると述べた。油井とガス井。 彼女の言葉を借りれば、これは「すべての干拓プロジェクトの母」だ。

今から工事が完了するまでの間に地盤が崩れた場合、南部部分が埋めら​​れている今では、おそらく1年前よりも小さくなっているとはいえ、陥没穴が開く可能性があるとヴェニ氏は言う。 この取り組みによって、来年以降の崩壊のタイムラインも先送りされた可能性がある。

しかし、「保証はない」とグリズウォルド氏は言う。 「この件を終わらせなければなりません。」