美国地质调查局地震灾害小组的地震学家大卫·奥本海默解释说(由凯瑟琳·哈蒙讲述)
传统的地热钻探会钻入热岩石,例如砂岩,其中水或蒸汽被困在其孔隙空间和天然裂缝中。当钻孔与这些裂缝相交时,由于压力突然下降,水会闪蒸成蒸汽——就像打开汽水瓶盖时冒出的气泡一样。蒸汽涌入井孔,地面的蒸汽压力旋转涡轮机以发电。有时,电厂会将一些水返回到储层中,以保持水位。钻探本身不会引起地震,但蒸汽的移除和水的返回可能会通过在断层或裂缝线产生新的不稳定性而引起地震。
在美国加利福尼亚州北部的长期地热项目“盖泽斯”中,美国地质调查局自 1975 年以来一直在监测地震活动。即使该地区似乎没有任何大型断层穿过,我们每年也记录到约 4,000 次震级超过 1.0 级的地震。我们知道它们是由蒸汽抽取或注入引起的,因为当运营商在新区域开始地热生产时,地震就开始了,而当生产结束时,地震就停止了。发生了许多轻微震颤,但已记录到高达 4.5 级的地震。附近的安德森斯普林斯居民经常感觉到小至 2.0 级的震颤,因为该镇仅位于岩石裂缝上方几公里处。
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地质学家怀疑,即使是更大的地震也可能发生在附近的断层上,例如与“盖泽斯”油田相邻的马卡马断层。从多孔砂岩中提取水和热会导致砂岩收缩,就像海绵在干燥时会收缩一样。当发生大地震时,公众会询问地热项目是否可能在导致岩石沿其他断层移动中发挥了作用。研究人员将不得不使用大地测量监测和其他数据来试图弄清楚这是否真的是改变关键应力动态的一个因素。
除了“盖泽斯”的传统地热发电厂外,一个试点项目(已于去年 9 月暂停)旨在直接从砂岩下方的火山非多孔岩石——长英岩中提取蒸汽,长英岩是热源。由于长英岩没有天然孔隙,因此也不含水。为了回收热量,该项目的运营商将需要压裂岩石并使水在其间循环。
首先,在该项目的短期阶段,他们会钻入长英岩并注入水以压裂岩石,很可能会在此过程中产生地震。然后,借助孔穴摄像机揭示裂缝形成的方向,他们会钻第二个孔以与新的裂缝相交,并通过泵送水通过连接井的热裂缝来产生蒸汽。这种干岩地热方法有可能比传统的砂岩技术利用更多的热量,但也可能意味着更多的地震。
为了控制地震风险,钻井人员将尝试保持裂缝尺寸较小并保持稳定的水流量。地震的阈值目标是里氏震级 2.0 或更低。这种深钻作业不希望重演瑞士巴塞尔发生的事件,2006 年在那里发生了一次震级为 3.4 级且震感强烈的地震,最终停止了一个类似的地热项目。
不幸的是,构造活动较少的地区也较少有易于获取的地下热源。例如,加利福尼亚州(由于其靠近构造板块边缘的位置)比德克萨斯州拥有更多的热量。如果我们想获取用于供暖的热量,那么整个国家都具有一定的地热潜力。但是,由此产生的热量不一定具有旋转大型涡轮机发电的能量。
所有能源——水力、核能、风能或煤炭——都有优点和缺点。地热能具有清洁和可再生的优点,但地震是一个缺点。