科学家们有一种新的工具，可以帮助他们预测因石油和天然气作业将废水深层注入地下而引发的地震——而且它就在轨道上。一个地球物理学家团队分析了日本高级陆地观测卫星（ALOS）三年多的雷达数据，发现他们可以看到得克萨斯州廷普森附近废水处理井上方的地表发生形变。两年后，在2012年，该地区发生了一场4.8级地震。
ALOS的干涉合成孔径雷达（InSAR）为预测人为或人为造成的地震活动提供了一个重要补充。由亚利桑那州立大学地球物理学家马努切赫尔·希尔扎伊领导的一个研究团队从2007年5月到2010年11月提取了每月InSAR数据，并观察到地面在两个相距约两公里的废水井上方每年上升三毫米。他们将这些数据输入到他们的孔隙压力模型中——即水在地下岩石裂缝中被挤压的程度。增加的孔隙压力可能会使地下断层变形，并可能导致它们滑动，从而产生地震。该团队今天在《科学》杂志上发表了他们的研究成果。
据作者所知，这项研究是第一个直接测量废水注入引起的地面隆起的研究。“我们知道当把液体注入地下时会引起地表变形，但我们从未见过它，”希尔扎伊说。“对于这个廷普森研究区域，我们很幸运能够看到变形。”希尔扎伊希望这些数据能让研究小组回答诸如为什么一些注入井可能会引发地震而另一些则不会的问题。
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得克萨斯大学奥斯汀分校地球物理研究所副主任克利夫·弗罗利奇说，使用独立于地下测量的InSAR数据是一项巨大进步，他研究过廷普森地震，但没有参与这项研究。他还对该团队如何从所有背景噪声（如季节性变化或植物覆盖）中挑选出干净的雷达信号印象深刻。但他警告说，其他模型可能与希尔扎伊的模型有所不同。他还指出，虽然隆起发生在两个注入井上方，但实际的地震发生在另外一对几乎没有隆起的井的正下方，距离地面变形井约25公里。
那两个井注入的废水比隆起下方的井深得多。许多地下特征会影响地震。希尔扎伊的模型依赖于诸如岩石的刚度，以及废水注入深度和体积等因素来计算一个区域的孔隙压力。美国地质调查局的地球物理学家贾斯汀·鲁宾斯坦指出，在某些地方，如果操作员将液体注入到较少柔韧的岩石中，那么缺乏变形甚至可能表明地下深处的压力更高，他也没有参与这项研究。
斯坦福大学能源资源工程兼职教授马克·麦克卢尔同意，如果希尔扎伊的团队在较深的井上方观察到变形，那会更令人满意，但他发现该模型显示地震发生在废水注入速率开始下降之后，这很有趣。希尔扎伊认为这可能是由于流体需要时间过滤岩石并到达深层断层，或者由于突然停止注入作业而产生的额外应力。“如果你今天停止注入，地震活动可能会持续到未来十年左右，”他说。
希尔扎伊希望将该模型扩展到美国中部其他地震急剧增加且靠近石油和天然气开发区的地区，但他受到可获得的数据量的限制。ALOS并不是唯一具有InSAR能力的卫星，空间机构通常会免费提供相应的信息。如果希尔扎伊从多颗卫星提取数据，那么每隔几天就可以获得数据。更好的报告做法也可能会有所帮助；他说，德克萨斯州官员通常每月提供一次废水注入量数据，而俄克拉荷马州官员则每天提供一次。
麦克卢尔同意数据的可用性“绝对至关重要”。他说：“各州需要更好地收集数据并将其提供给公众，以便进行此类研究成为可能。特别是，每个井的每月注入量。”
致谢：阿曼达·蒙塔内斯；来源：“由于得克萨斯州东部的流体注入引起的地面隆起和随时间变化的地震危险”，马努切赫尔·希尔扎伊等，《科学》，第353卷，第6306期；2016年9月23日。