注入井引發強烈地震

新研究表明,人類在地下深處的活動如何與遠處發生的自然地震相結合,引發強烈的區域性震動。

俄克拉荷馬州中部已成為石油和天然氣行業的地震熱點地區,也受到來自世界各地強烈地震的影響。在俄克拉荷馬州布拉格附近的地區,石油和天然氣生產產生的廢水已被注入地下處理井數十年,在2010年智利馬烏萊地區海岸發生的8.8級強烈地震之後,發生了一系列地震。幾個月來,俄克拉荷馬州的地面 периодически 震動,最終在2011年11月發生了破壞性的5.7級地震。

根據7月12日發表在《科學》雜誌上的一篇新論文,布拉格地震不僅是與廢水注入相關的最大地震,也是儘管距離遙遠,但與另一次看似自然地震作為啟動觸發因素相關的最大地震。哥倫比亞大學拉蒙特-多赫蒂地球觀測站的地質學家尼古拉斯·範德埃爾斯特(Nicholas van der Elst)領導了這項研究,他表示,這表明這種相對較小、遠端觸發的地震可能預示著未來更大的震動。

俄克拉荷馬州並非個例。德克薩斯州斯奈德附近的科格德爾油田對2011年3月日本發生的9.0級東日本大地震也有類似的反應,該地震引發了海嘯,造成超過15,000人死亡,福島第一核電站發生多次核熔燬。同一次馬烏萊地震還在科羅拉多州和新墨西哥州邊境附近引發了類似的微震群,那裡也在進行注水。“不過,我們有些驚訝地發現,這種觸發實際上預示了這些地點中等到大型地震的發生,表明地下流體壓力正在積聚,”範德埃爾斯特指出。


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關鍵在於所有這些廢水 ,作為石油和天然氣生產的一部分,它們被加壓泵回地下,而這在美國又在增加。正如範德埃爾斯特所描述的那樣,來自遠處地震的緩慢移動的地震波將流體擠入和擠出深層岩石,引發區域性震動。同樣的事情也發生在天然的地下充水地層中,例如2002年阿拉斯加州德納裡附近的7.9級地震,它在黃石火山口引發了地震,並改變了間歇泉噴發的時間。

這種人為地震 вовсе 不罕見,有些在廢水注入後很快發生,例如在平靜的俄亥俄州揚斯敦,在附近的處理井開始廢水注入後,該地經歷了4.0級地震。自停止泵送以來,震動沒有再次發生。

廢水注入引發地震並不令人意外。關於它們的證據始於1960年代,當時丹佛附近的武器製造廠落基山兵工廠試圖透過將液體泵入地下來處理有害化學物質。在為期四年的這種處理過程中,即使在停止注入後,泵送也引發了16次地震。美國地質調查局(USGS)故意在科羅拉多州西北部的蘭格利油田引發地震,以確定哪種型別的地下壓力可能引發震動。

當然,不僅僅是注入廢水或故意用高壓水裂解深層岩石(即被稱為水力壓裂的技術)會引發地震,美國地質調查局的威廉·埃爾斯沃思(William Ellsworth)對注入誘發地震的評論也指出,該評論也於7月12日發表在《科學》雜誌上。從建造大型水壩水庫到過度抽取地下水, интенсивное 用水都會引發地震。也許研究最多的例子是嘗試收穫地下深處的熱量來發電,即地熱能。在加利福尼亞州的索爾頓海,那裡擁有10座地熱發電廠,實際上可以根據提取或注入的鹽水量來預測地震,這是根據7月11日《科學》雜誌線上發表的一篇論文得出的結論。“隨著運營規模的擴大,地震活動也隨之增加,”加州大學聖克魯茲分校的地球物理學家寫道。

但是,泵送大量流體到地下的井似乎風險最大,它們可能是近年來美國中部地區地震數量迅速增加的原因。美國至少有14萬口這樣的注入井,其中大部分用於將水或二氧化碳泵入地下,以從舊油田中沖洗出更多的石油。但是,大約有3萬口井用於永久處理每天與石油或天然氣一起從美國井中流回的90億升汙水。鑑於缺乏處理此類廢水的替代方案,過去幾十年中小地震從每年幾十次增加到幾百次可能被證明是必要的風險。

範德埃爾斯特說,即使停止這種廢水注入,這些井引發地震的風險仍然存在。“無法保證停止注入會阻止已經存在的流體擴散到易受影響的斷層中。”所有這些地下水可能只是在等待下一次大地震(無論發生在世界何處)來啟動地面運動。

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