编者注:此文于 2018 年 9 月 27 日更新,声明托马斯·格农研究了俄克拉荷马州的地震,而这项新研究是全球性的。
一项新的研究表明,当石油和天然气公司在陆地上钻井时,他们用来避免引发地震的技术实际上可能会产生强烈的震动。这些震动似乎比钻探者试图阻止的地震类型传播得更远。
数千个井的钻探者将他们作业产生的废水注入到多孔、柔软的沉积岩的浅层中;这种注入被认为比将水强行注入更深的“基底”岩层更安全,因为后者可能会润滑预先存在的断层,导致它们滑动并引发强烈地震。但是,在 8 月 31 日出版的 科学 杂志上发表的一项研究中,地质学家查看了澳大利亚、美国、法国、德国和瑞士的 18 个钻井点,并惊奇地发现,较浅的沉积物注入通常会导致广泛的、能量更大的地震。在所有 10 个使用沉积物注入的地点都观察到了这种震动,其强度高达 4.7 级,并且可以到达距原始井至少 6 英里的地方。相比之下,基底注入点的地震峰值仅略高于 2.0 级,并且在三分之二英里之外就检测不到。
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加州大学圣克鲁兹分校地球与行星科学教授、这项新研究的合著者 艾米丽·布罗德斯基 说:“从经验上来看,数据非常明确:如果你在全球范围内观察沉积岩注入,你会发现它们传播得更远,并产生更大的地震。” 她说,结果强烈表明,将水注入沉积岩并不比注入基底层更安全。
然而,钻探人员为目前的废水注入标准辩护。赛斯·怀特黑德是 Energy In Depth 的项目经理,该公司是由 美国独立石油协会 赞助的亲石油和天然气钻探外展组织,他说“这项研究中没有任何新的内容需要引起公众的警惕。”他指出,自 2015 年以来,美国诱发地震的数量已显着减少,并暗示“目前的废水注入做法是安全的”。实际上,来自科学的另一项研究,于 3 月发表,发现较浅的注入与释放的能量比注入较深岩石的地震少。
俄克拉荷马州地质调查局局长 杰里米·博克 说,除了避免深层断层外,沉积层还是废水注入的有吸引力的目标,因为它们比更深的岩石更具孔隙性和渗透性,并且可以吸收更多的流体。他解释说,他所在州的一些沉积岩单元,例如一个名为 Arbuckle 的单元,吸收水“像真空一样”。安全性和储存能力都是原因,为什么“现在,可能没有人注入到基底中,”他说。
但是,布罗德斯基和她的加州大学圣克鲁兹同事地质学家 托马斯·格贝尔 进行的新研究表明,沉积物注入并非没有风险。科学家们说,原因是当沉积层注入废水时,它们会在增加的压力下膨胀。这种变形被称为孔隙弹性,地震学家以前曾在 其他地震情景中涉及了这种现象。科学家怀疑,这种由注入引发的膨胀会将应力传递到远离井的断层,并且传递到包括基底岩层内的断层在内的各个深度。这会产生遥远的地震,这与注入基底岩石的短距离影响不同。
南安普顿大学地球科学副教授、3 月份科学研究的作者 托马斯·格农 说,这项新研究中的数据确实表明,沉积岩注入似乎出人意料地危险。他说,他 3 月份的工作是基于俄克拉荷马州紧密聚集的地点。新的加州大学圣克鲁兹的研究具有使用全球多个具有不同地质位置的优势,他说,这为诱发地震背后的机制提供了新的见解。
科学家说,加州大学圣克鲁兹的研究确实有一些局限性。尽管孔隙弹性是对较大的地震灾害最合理的解释,但布罗德斯基和格贝尔并未直接检测到任何孔隙弹性变化。要确定因果关系,研究人员需要使用仪器观察孤立的井,这些仪器可以测量地面形状、方向和重力随时间的变化。
为此,布罗德斯基希望更新 20 世纪 70 年代进行的一些实验,这些实验朝着理解这些地质过程迈出了一步。在科罗拉多州兰利的一个油田里,科学家们使用流体注入来产生人工地震,并从地震中收集地震信息。但是,实验的运行时间有限,留下了许多未解答的问题。布罗德斯基认为,使用最新的监测设备进行的类似兰利的实验可以捕捉到孔隙弹性的作用。