地熱鑽探如何引發地震?

居住在斷層密佈的北加利福尼亞州附近地熱鑽探專案的人們擔心,繼瑞士一個類似專案引發強烈震動後,會發生更多地震。一位地震學家解釋了起作用的力


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儘管地熱能開發前景廣闊,且廉價清潔,但它可能立足不穩。居民和科學家都紛紛表示,深入地下開採自然熱能可能會引發更大的地震

北加利福尼亞州當地人已經對地震感到緊張,現在又密切關注一家名為 AltaRock 的公司提議的大型地熱專案,該專案將在地下鑽探超過兩英里(3.2 公里)。安德森斯普林斯鎮附近地區(位於舊金山以北約 90 英里(150 公里)處)是天然地熱噴口的所在地(早期遊客看到那裡的蒸汽噴口,暱稱為“蓋瑟斯”),並且在過去近一個世紀的時間裡,一直被開發用於其天然的發電能力。從 1970 年代開始,隨著技術的進步,工程師開始提高產量水平。此後不久,就開始發生小地震。

就在幾年前,瑞士巴塞爾一個臭名昭著的地熱專案,向地殼深處鑽探了三英里(4.8 公里),引發了 3.4 級地震,震動了該鎮,並完全關閉了運營,《紐約時報》最近回顧道

鑽探甚至被認為是 2006 年爪哇島大規模泥火山爆發的原因,該火山爆發是由一個天然氣勘探專案失誤造成的,導致 30,000 多人流離失所。“我們比以往任何時候都更加確信,魯西泥火山是一場人為災難,”英國杜倫大學地球能源系統研究中心理查德·戴維斯在調查該事件後在一份宣告中表示。

美國能源部已經為 AltaRock 的專案投入了 3600 萬美元,為了降低可再生能源的價格,谷歌也投入了 625 萬美元,《泰晤士報》報道。

但是,這些深孔——以及財力雄厚的投資者——會引發下一次大地震嗎?為了找出答案,我們採訪了美國地質調查局地震災害小組地震學家 大衛·奧本海默,他常駐加利福尼亞州門洛帕克,距該地區僅有兩個小時的路程。

[以下是經過編輯的採訪記錄。] 地熱鑽探如何運作?
傳統的地熱鑽探過程是在砂岩中鑽孔,砂岩的孔隙空間中有水。當他們鑽入岩石時,會湧出蒸汽——就像開啟汽水瓶蓋一樣——然後蒸汽上升並旋轉渦輪機。

在蓋瑟斯,他們一直在冷凝 25% 的蒸汽,並將其重新注入儲層,以保持水位。

大約一百萬年前,發生了一次岩漿侵入(原火山),但沒有到達地表。地表下是一種叫做長英質巖的岩石——你可以把它想象成花崗岩;它是砂岩的熱源。

新專案將直接開發長英質巖。但是長英質巖中沒有水,所以他們鑽孔,然後以強壓和流速注入水,使岩石破裂。他們將使用地震監測裝置,並將攝像頭放入孔中,以檢視裂縫發生的方向。然後他們鑽第二個孔,與新的裂縫相交。

因此,潛力是提取更多的熱量,但您必須建立自己的裂縫,並且必須引入水。
如果新的裂縫正在引發地震,他們如何控制地震?
從工程角度來看,他們需要做的是保持裂縫尺寸較小。因此,他們將控制[水]的流速和壓力,以確保它不會變成失控的地震。

自 1975 年以來,我們一直在監測[蓋瑟斯]。我們在那裡看到的所有地震都是[人為]誘發的。當他們將生產轉移到新區域時,地震就會在那裡開始,當他們停止生產時,地震就會停止。

自 1960 年代以來,他們一直在誘發地震,最大的地震小於 [震級] 4.5 級。地震發生在許多許多裂縫中。因此,這與您向南前往舊金山灣區聖安地列斯斷層的情況非常不同。要發生大於 6.0 級的地震,您需要一個大斷層。因此,他們不太可能與大斷層相交併引發更大的地震。

地震的閾值目標是 2.0 級或更低。他們不希望巴塞爾(瑞士)的情況重演。

地熱鑽探與其他能源專案(如天然氣或石油)有何不同?
與油田有一些相似之處。在用於二次採油的油田中,他們將水注入地下,試圖迫使更多的石油流出。但是,通常情況下,油田並不位於構造活躍地區。

那麼為什麼他們不在不易發生地震的地方進行地熱鑽探呢?
在德克薩斯州,您沒有熱源。如果您一直鑽到外地核,那裡會有熔岩。但是沒有人知道如何做到這一點。在構造活躍地區,您有更多的熱源(來自失效的火山等等)。

如果我們談論用於供暖的地熱能——但不一定是用於旋轉大型渦輪機的地熱能,那麼全國各地都存在一些地熱潛力。

這些小地震是否有助於釋放任何建築壓力,以幫助避免更大的地震?
不幸的是,這是一個神話。
更深的鑽探是否意味著更強的地震?
更重要的問題是裂縫有多大——他們正在產生多大的地震。如果他們與現有的裂縫相交,並且該裂縫已經準備好活動,他們可能會引發更大的地震。

對於安德森斯普林斯的居民來說,[缺乏]深度一個問題。他們感到如此多地震的原因是他們離裂縫太近了——大約在[裂縫]上方 1.2 英里(2 公里)處。鑽探距離越遠或越深,他們就越不可能感受到地震。
蓋瑟斯附近這種深層地熱鑽探是否有可能引發更大的斷層,例如聖安地列斯斷層?
這是我們所知道的:您可以將蓋瑟斯(地殼上層三英里(4.8 公里))視為一塊海綿,而這塊海綿是溼的。現在我們正在從海綿中取出液體,並且我們正在從海綿中取出熱量。當你弄乾海綿時,它會收縮。蓋瑟斯正在收縮。從資料中,我們可以看到它正在向內拉動,這意味著它正在改變周圍的應力場。

該區域周圍有一些活躍的斷層,這些斷層有發生更大地震的能力。因此,有一天,其中一個構造斷層將會移動。人們會問:蓋瑟斯的收縮是否導致了斷層的移動?如果是這樣,那麼我們就有一個更大的問題。

是否擔心這些深鑽探專案的其他長期影響?
我認為主要的有害因素是地震。我們有 35 年以上的資料,雖然並非完全無害,但它們並未引發任何真正的損害。但看看水電大壩和燃煤發電廠——它們都有各自的優點和缺點。在這裡,他們已經能夠控制硫和氡的排放。我認為缺點很小——除非你住在安德森斯普林斯。

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