地热钻探如何引发地震?

居住在断层密布的北加利福尼亚州附近地热钻探项目的人们担心,继瑞士一个类似项目引发强烈震动后,会发生更多地震。一位地震学家解释了起作用的力


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尽管地热能开发前景广阔,且廉价清洁,但它可能立足不稳。居民和科学家都纷纷表示,深入地下开采自然热能可能会引发更大的地震

北加利福尼亚州当地人已经对地震感到紧张,现在又密切关注一家名为 AltaRock 的公司提议的大型地热项目,该项目将在地下钻探超过两英里(3.2 公里)。安德森斯普林斯镇附近地区(位于旧金山以北约 90 英里(150 公里)处)是天然地热喷口的所在地(早期游客看到那里的蒸汽喷口,昵称为“盖瑟斯”),并且在过去近一个世纪的时间里,一直被开发用于其天然的发电能力。从 1970 年代开始,随着技术的进步,工程师开始提高产量水平。此后不久,就开始发生小地震。

就在几年前,瑞士巴塞尔一个臭名昭著的地热项目,向地壳深处钻探了三英里(4.8 公里),引发了 3.4 级地震,震动了该镇,并完全关闭了运营,《纽约时报》最近回顾道

钻探甚至被认为是 2006 年爪哇岛大规模泥火山爆发的原因,该火山爆发是由一个天然气勘探项目失误造成的,导致 30,000 多人流离失所。“我们比以往任何时候都更加确信,鲁西泥火山是一场人为灾难,”英国杜伦大学地球能源系统研究中心理查德·戴维斯在调查该事件后在一份声明中表示。

美国能源部已经为 AltaRock 的项目投入了 3600 万美元,为了降低可再生能源的价格,谷歌也投入了 625 万美元,《泰晤士报》报道。

但是,这些深孔——以及财力雄厚的投资者——会引发下一次大地震吗?为了找出答案,我们采访了美国地质调查局地震灾害小组地震学家 大卫·奥本海默,他常驻加利福尼亚州门洛帕克,距该地区仅有两个小时的路程。

[以下是经过编辑的采访记录。] 地热钻探如何运作?
传统的地热钻探过程是在砂岩中钻孔,砂岩的孔隙空间中有水。当他们钻入岩石时,会涌出蒸汽——就像打开汽水瓶盖一样——然后蒸汽上升并旋转涡轮机。

在盖瑟斯,他们一直在冷凝 25% 的蒸汽,并将其重新注入储层,以保持水位。

大约一百万年前,发生了一次岩浆侵入(原火山),但没有到达地表。地表下是一种叫做长英质岩的岩石——你可以把它想象成花岗岩;它是砂岩的热源。

新项目将直接开发长英质岩。但是长英质岩中没有水,所以他们钻孔,然后以强压和流速注入水,使岩石破裂。他们将使用地震监测设备,并将摄像头放入孔中,以查看裂缝发生的方向。然后他们钻第二个孔,与新的裂缝相交。

因此,潜力是提取更多的热量,但您必须创建自己的裂缝,并且必须引入水。
如果新的裂缝正在引发地震,他们如何控制地震?
从工程角度来看,他们需要做的是保持裂缝尺寸较小。因此,他们将控制[水]的流速和压力,以确保它不会变成失控的地震。

自 1975 年以来,我们一直在监测[盖瑟斯]。我们在那里看到的所有地震都是[人为]诱发的。当他们将生产转移到新区域时,地震就会在那里开始,当他们停止生产时,地震就会停止。

自 1960 年代以来,他们一直在诱发地震,最大的地震小于 [震级] 4.5 级。地震发生在许多许多裂缝中。因此,这与您向南前往旧金山湾区圣安地列斯断层的情况非常不同。要发生大于 6.0 级的地震,您需要一个大断层。因此,他们不太可能与大断层相交并引发更大的地震。

地震的阈值目标是 2.0 级或更低。他们不希望巴塞尔(瑞士)的情况重演。

地热钻探与其他能源项目(如天然气或石油)有何不同?
与油田有一些相似之处。在用于二次采油的油田中,他们将水注入地下,试图迫使更多的石油流出。但是,通常情况下,油田并不位于构造活跃地区。

那么为什么他们不在不易发生地震的地方进行地热钻探呢?
在德克萨斯州,您没有热源。如果您一直钻到外地核,那里会有熔岩。但是没有人知道如何做到这一点。在构造活跃地区,您有更多的热源(来自失效的火山等等)。

如果我们谈论用于供暖的地热能——但不一定是用于旋转大型涡轮机的地热能,那么全国各地都存在一些地热潜力。

这些小地震是否有助于释放任何建筑压力,以帮助避免更大的地震?
不幸的是,这是一个神话。
更深的钻探是否意味着更强的地震?
更重要的问题是裂缝有多大——他们正在产生多大的地震。如果他们与现有的裂缝相交,并且该裂缝已经准备好活动,他们可能会引发更大的地震。

对于安德森斯普林斯的居民来说,[缺乏]深度一个问题。他们感到如此多地震的原因是他们离裂缝太近了——大约在[裂缝]上方 1.2 英里(2 公里)处。钻探距离越远或越深,他们就越不可能感受到地震。
盖瑟斯附近这种深层地热钻探是否有可能引发更大的断层,例如圣安地列斯断层?
这是我们所知道的:您可以将盖瑟斯(地壳上层三英里(4.8 公里))视为一块海绵,而这块海绵是湿的。现在我们正在从海绵中取出液体,并且我们正在从海绵中取出热量。当你弄干海绵时,它会收缩。盖瑟斯正在收缩。从数据中,我们可以看到它正在向内拉动,这意味着它正在改变周围的应力场。

该区域周围有一些活跃的断层,这些断层有发生更大地震的能力。因此,有一天,其中一个构造断层将会移动。人们会问:盖瑟斯的收缩是否导致了断层的移动?如果是这样,那么我们就有一个更大的问题。

是否担心这些深钻探项目的其他长期影响?
我认为主要的有害因素是地震。我们有 35 年以上的资料,虽然并非完全无害,但它们并未引发任何真正的损害。但看看水电大坝和燃煤发电厂——它们都有各自的优点和缺点。在这里,他们已经能够控制硫和氡的排放。我认为缺点很小——除非你住在安德森斯普林斯。

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