注入井引发强烈地震

新研究表明,人类在地下深处的活动如何与远处发生的自然地震相结合,引发强烈的局部震动。

俄克拉荷马州中部已成为石油和天然气行业的地震热点地区,也受到来自世界各地强烈地震的影响。在俄克拉荷马州布拉格附近的地区,石油和天然气生产产生的废水已被注入地下处理井数十年,在2010年智利马乌莱地区海岸发生的8.8级强烈地震之后,发生了一系列地震。几个月来,俄克拉荷马州的地面 периодически 震动,最终在2011年11月发生了破坏性的5.7级地震。

根据7月12日发表在《科学》杂志上的一篇新论文,布拉格地震不仅是与废水注入相关的最大地震,也是尽管距离遥远,但与另一次看似自然地震作为启动触发因素相关的最大地震。哥伦比亚大学拉蒙特-多赫蒂地球观测站的地质学家尼古拉斯·范德埃尔斯特(Nicholas van der Elst)领导了这项研究,他表示,这表明这种相对较小、远程触发的地震可能预示着未来更大的震动。

俄克拉荷马州并非个例。德克萨斯州斯奈德附近的科格德尔油田对2011年3月日本发生的9.0级东日本大地震也有类似的反应,该地震引发了海啸,造成超过15,000人死亡,福岛第一核电站发生多次核熔毁。同一次马乌莱地震还在科罗拉多州和新墨西哥州边境附近引发了类似的微震群,那里也在进行注水。“不过,我们有些惊讶地发现,这种触发实际上预示了这些地点中等到大型地震的发生,表明地下流体压力正在积聚,”范德埃尔斯特指出。


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关键在于所有这些废水 ,作为石油和天然气生产的一部分,它们被加压泵回地下,而这在美国又在增加。正如范德埃尔斯特所描述的那样,来自远处地震的缓慢移动的地震波将流体挤入和挤出深层岩石,引发局部震动。同样的事情也发生在天然的地下充水地层中,例如2002年阿拉斯加州德纳里附近的7.9级地震,它在黄石火山口引发了地震,并改变了间歇泉喷发的时间。

这种人为地震 вовсе 不罕见,有些在废水注入后很快发生,例如在平静的俄亥俄州扬斯敦,在附近的处理井开始废水注入后,该地经历了4.0级地震。自停止泵送以来,震动没有再次发生。

废水注入引发地震并不令人意外。关于它们的证据始于1960年代,当时丹佛附近的武器制造厂落基山兵工厂试图通过将液体泵入地下来处理有害化学物质。在为期四年的这种处理过程中,即使在停止注入后,泵送也引发了16次地震。美国地质调查局(USGS)故意在科罗拉多州西北部的兰格利油田引发地震,以确定哪种类型的地下压力可能引发震动。

当然,不仅仅是注入废水或故意用高压水裂解深层岩石(即被称为水力压裂的技术)会引发地震,美国地质调查局的威廉·埃尔斯沃思(William Ellsworth)对注入诱发地震的评论也指出,该评论也于7月12日发表在《科学》杂志上。从建造大型水坝水库到过度抽取地下水, интенсивное 用水都会引发地震。也许研究最多的例子是尝试收获地下深处的热量来发电,即地热能。在加利福尼亚州的索尔顿海,那里拥有10座地热发电厂,实际上可以根据提取或注入的盐水量来预测地震,这是根据7月11日《科学》杂志在线发表的一篇论文得出的结论。“随着运营规模的扩大,地震活动也随之增加,”加州大学圣克鲁兹分校的地球物理学家写道。

但是,泵送大量流体到地下的井似乎风险最大,它们可能是近年来美国中部地区地震数量迅速增加的原因。美国至少有14万口这样的注入井,其中大部分用于将水或二氧化碳泵入地下,以从旧油田中冲洗出更多的石油。但是,大约有3万口井用于永久处理每天与石油或天然气一起从美国井中流回的90亿升污水。鉴于缺乏处理此类废水的替代方案,过去几十年中小地震从每年几十次增加到几百次可能被证明是必要的风险。

范德埃尔斯特说,即使停止这种废水注入,这些井引发地震的风险仍然存在。“无法保证停止注入会阻止已经存在的流体扩散到易受影响的断层中。”所有这些地下水可能只是在等待下一次大地震(无论发生在世界何处)来启动地面运动。

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