作者:K. M. Keranen 来源:《科学》 发布时间:2014-8-8 14:01:56
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地震频发或与废水处置有关

 

石油和天然气生产产生的废水可能会触发地震。

图片来源:ALAMY

自2008年以后,总人口只有2692人的美国俄克拉何马州的琼斯镇共经历了2547场小型地震。最初,当居民感到震感时,他们跑到市政厅向市长Ray Poland提出要求。Poland回忆道:“他们非常害怕,希望我做些什么。我当机立断地作出决定,一定要让地震不再发生。”

让小镇远离地震并不是一个天方夜谭的想法,实际上,科学家将如此高频率的地震归因于小镇附近的注入井——工厂向这些井倾倒大量由石油和天然气开采所产生的工业废水。大量废水注入对井内的岩石造成极大的压强,减弱了保持断层闭合的压力,有可能造成岩石断裂。琼斯镇还没有出现断裂现象,因为在其方圆20公里的范围内没有大规模的注入井存在。但是,一项新研究显示,排布密集的注入井在地表下产生强大的压力波,而全美注入井分布最密集区域中的4个区域正是琼斯镇地震不断的罪魁祸首,该研究结果发表在近日的科学杂志上。加州门洛帕克市美国地质调查局(USGS)地震学家William Ellsworth说:“如此远的距离仍然会造成这种结果,着实令人惊讶。”

该研究还指出,在俄亥俄州、阿肯色州及得克萨斯州这些石油和天然气开采重镇,类似的问题一样存在。不过,俄克拉何马州仍是当之无愧的“冠军”,截至今年6月15日,俄克拉何马州已经发生了190次3级或以上地震,同时期的加州则只有71次,后者曾长期保持着全美地震发生频率最高州的头衔。俄克拉何马州地质调查局(OGS)地震学家Austin Holland说:“这引起了极大的关注。”

科学家认为,问题的关键在于耗水量极大的抽汽作业产生了大量废水。水力压裂法值得商榷,但更应注意的是用于脱水作业的处理井。石油和天然气开采会从地下抽出大量的水,脱水作业能够将水中的石油和天然气分离出来。

研究还指出,全俄克拉何马州有超过9000座注入井,其中绝大部分不会造成问题,只有4座耗水量极大的位于城市附近的处理井会对俄克拉何马市造成影响(分别名为“钱伯斯”“花之力量”“深喉”和“甜心”)。这些处理井每月能向地下注入47.7万立方米的废水。康奈尔大学地球物理学家Katie Keranen和同事发现,位于城市附近的4座处理井具备诱发地震的能力。通过研究琼斯镇精确的水文地质模型,他们证明地表下的压力波正在从井口附近向外延展,并且与频发的地震在地理位置上和时间上高度吻合。总部位于俄克拉何马州塔尔萨市的New Dominion公司是这些处理井的运营方,它拒绝回答该研究涉及的问题,并发布公告声称这份研究是依据“错误的假设”而展开的。

Keranen认为这4座处理井距离内马哈断层带过近,该断层带直接穿过俄克拉何马市,并且在长度和规模上都足以产生7级地震。Keranen分析道,断层带的主体部分不太可能发生断裂,这是因为地质结构压力会从断层带的两侧向内挤压。但是,断层带密布的分支对水流压力的抵御力恐怕就没有那么强了。她说:“从长期来看,一场发生在俄克拉何马市的6级地震将带来一场大灾难。”

监管部门正在介入此事。6月20日,俄克拉何马州州长通过了一项新规定:从今年晚些时候起,石油和天然气开采商必须每天向政府报告注入井内的水量以及水流造成的压力,此前政府只要求开采商每个月汇报一次。2013年9月,俄克拉何马州企业委员会(OCC)首次行使监管权,对疑似诱发地震的事件进行调查。它要求一家处理井的运营商向政府报告废水处理量,因为该处理井与一场3.4级的地震有关。其他州的监管者也在采取类似行动,例如俄亥俄州和阿肯色州。近日,在科罗拉多州,监管者要求一处注入井停止运营20天,因为后者很可能诱发了一场3.4级的地震。OCC认为,他们正在评估最近发表在《科学》杂志上的研究报告,并与New Dominion讨论该集团下属的4座处理井的运营问题。

对研究者来说,一些悬而未解的问题加大了解决问题的难度。例如,他们很难设定一个废水处理的安全运转率,因为每座处理井所处的地质结构都不一样,承载量自然也就不一样。Holland说:“我们无法给出一个黄金标准,这需要一个测试、失败、然后再测试的漫长过程。”

没有人知道频发的地震会不会在未来的某一天演变成一场大地震,根据往常的经验,地震学家推测每发生1000次4级地震,就会发生100次5级地震,10次6级地震,以此类推。迄今为止,由注入井所引发的最大地震发生在2011年,那场5.7级的地震发生在俄克拉何马州布拉格市,当时就连25公里之外的大学都震感强烈。以后会不会发生更大规模的地震?Ellsworth说:“这是一个非常关键的问题,但是没有人知道答案。”

研究者希望通过更先进的地震监测技术,或者更完备的注入井运营报告分析帮助他们找到问题的答案。Holland认为,到今年年末,俄克拉何马州将把本州永久性地震监测台的数量从17座增加到25座,不过这一数字仍然远远落后于加州的2530座。(来源:中国科学报 段歆涔)

 
 
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