两项新的研究提供了迄今为止最强有力的证据，表明石油和天然气公司通过将废水注入地下井，导致美国中部地区地震频发。
其中一项发表在《科学》杂志上的研究发现，地震次数的异常增加几乎完全发生在距离这类井15公里以内。第二项发表在《科学进展》上的研究证实，一个州——俄克拉荷马州的大部分地震活动与用于处理大量盐水的井有关。
这两项发现都是解释为什么美国中部地区地震频率飙升的重要一步。在20世纪70年代，该地区每年发生3级或以上地震不超过30次。这一频率在2009年急剧加速，去年达到650多次。
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受影响州（包括俄克拉荷马州、得克萨斯州、阿肯色州和俄亥俄州）的官员一直在争论是否加强对这些油井的监管。今年3月，堪萨斯州开始要求与俄克拉荷马州接壤的两个县的石油和天然气运营商削减其注入率。
这篇《科学》杂志的论文是将地震和注入井联系起来的最明确的统计分析。早期的研究只分析了单次地震或小规模地震群。“人们一直专注于较小的范围，而没有关注大局，”科罗拉多大学博尔德分校的研究生、团队负责人Matthew Weingarten说。
为了获得更广阔的视野，他和他的同事们汇编了一个包含美国中部和东部地区超过187,000个注入井的数据库，并将其与1973年至2014年间袭击该地区的7,175次地震的数据进行了比较。如果地震发生在运行中的油井15公里范围内，研究人员认为该地震和该油井之间存在关联。
2000年之前，约五分之一的地震与注入井有关。到2014年，这一比例上升至87%。Weingarten说：“不仅仅是发生了更多地震，而是更多的地震优先发生在注入井附近。” 而且，油井向地下注入流体的速度越快——尤其是每月超过30万桶——它们就越有可能与地震相关联。
但这项工作也揭示了一些注入井与地震无关的地区，例如得克萨斯州墨西哥湾沿岸和北达科他州的威利斯顿盆地。几乎可以肯定还涉及其他因素，例如当地地质结构如何决定地下流体的流动方向。
第二篇论文着眼于美国中部的地震热点地区——俄克拉荷马州，过去六年该地区70%的地震都发生在这里。“俄克拉荷马州地震触发的规模比美国其他地区的案例大一个数量级，”加利福尼亚州斯坦福大学研究生Rall Walsh说，他领导了《科学进展》的研究。
大多数地震太小以至于感觉不到，但其他一些地震已经足够大，足以损坏房屋和企业。2011年发生在俄克拉荷马州布拉格的5.6级地震震塌了一所大学建筑上的角楼，地震学家警告说，可能会发生更大、破坏性更强的震动。
Walsh和他的导师，地球物理学家Mark Zoback，研究了该州中部和北部地区地震增幅最大的三个区域。科学家们将地震的数量和位置与注入井的位置和处理率进行了比较。所有三个区域都看到地震频率随着盐水注入量增加多达十倍而急剧上升。美国地质调查局位于加利福尼亚州门洛帕克的地震学家William Ellsworth说，这项工作是该联系“更确凿的证据”。
在俄克拉荷马州，注入地下的水主要是石油勘探过程中产生的盐水，在石油被提取后又被重新注入。它并非来自有争议的水力压裂法，这是一种常见的公众误解。
为了开采石油和天然气，俄克拉荷马州的运营商使用“脱水”技术，这种技术涉及大量的废水，比许多州都多。他们将流体注入到位于古老基岩之上的岩层深处。Walsh和Zoback认为，注入的水会增加孔隙压力，从而导致基岩中的断层滑动。
新的研究可能有助于钻探者降低地震风险——如果他们关注在该州哪些地区注入了多少流体。“真正的问题是所有油井注入的总量，”Zoback说。“仅仅说不要以超过某个特定速率注入，并不能轻易解决问题。”
本文经许可转载，并于2015年6月18日首次发表。