石油鑽探者試圖避免地震的努力可能使情況更糟

研究稱,淺層廢水注入——據稱更安全——可能會引發更大、更廣泛的地震

某些型別的石油和天然氣鑽探與地震有關。

編者注:此文於 2018 年 9 月 27 日更新,宣告托馬斯·格農研究了俄克拉荷馬州的地震,而這項新研究是全球性的。

一項新的研究表明,當石油和天然氣公司在陸地上鑽井時,他們用來避免引發地震的技術實際上可能會產生強烈的震動。這些震動似乎比鑽探者試圖阻止的地震型別傳播得更遠。

數千個井的鑽探者將他們作業產生的廢水注入到多孔、柔軟的沉積岩的淺層中;這種注入被認為比將水強行注入更深的“基底”岩層更安全,因為後者可能會潤滑預先存在的斷層,導致它們滑動並引發強烈地震。但是,在 8 月 31 日出版的 科學 雜誌上發表的一項研究中,地質學家查看了澳大利亞、美國、法國、德國和瑞士的 18 個鑽井點,並驚奇地發現,較淺的沉積物注入通常會導致廣泛的、能量更大的地震。在所有 10 個使用沉積物注入的地點都觀察到了這種震動,其強度高達 4.7 級,並且可以到達距原始井至少 6 英里的地方。相比之下,基底注入點的地震峰值僅略高於 2.0 級,並且在三分之二英里之外就檢測不到。


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加州大學聖克魯茲分校地球與行星科學教授、這項新研究的合著者 艾米麗·布羅德斯基 說:“從經驗上來看,資料非常明確:如果你在全球範圍內觀察沉積岩注入,你會發現它們傳播得更遠,併產生更大的地震。” 她說,結果強烈表明,將水注入沉積岩並不比注入基底層更安全。

然而,鑽探人員為目前的廢水注入標準辯護。賽斯·懷特黑德Energy In Depth 的專案經理,該公司是由 美國獨立石油協會 贊助的親石油和天然氣鑽探外展組織,他說“這項研究中沒有任何新的內容需要引起公眾的警惕。”他指出,自 2015 年以來,美國誘發地震的數量已顯著減少,並暗示“目前的廢水注入做法是安全的”。實際上,來自科學的另一項研究,於 3 月發表,發現較淺的注入與釋放的能量比注入較深岩石的地震少。

俄克拉荷馬州地質調查局局長 傑里米·博克 說,除了避免深層斷層外,沉積層還是廢水注入的有吸引力的目標,因為它們比更深的岩石更具孔隙性和滲透性,並且可以吸收更多的流體。他解釋說,他所在州的一些沉積岩單元,例如一個名為 Arbuckle 的單元,吸收水“像真空一樣”。安全性和儲存能力都是原因,為什麼“現在,可能沒有人注入到基底中,”他說。

但是,布羅德斯基和她的加州大學聖克魯茲同事地質學家 托馬斯·格貝爾 進行的新研究表明,沉積物注入並非沒有風險。科學家們說,原因是當沉積層注入廢水時,它們會在增加的壓力下膨脹。這種變形被稱為孔隙彈性,地震學家以前曾在 其他地震情景涉及了這種現象。科學家懷疑,這種由注入引發的膨脹會將應力傳遞到遠離井的斷層,並且傳遞到包括基底岩層內的斷層在內的各個深度。這會產生遙遠的地震,這與注入基底岩石的短距離影響不同。

南安普頓大學地球科學副教授、3 月份科學研究的作者 托馬斯·格農 說,這項新研究中的資料確實表明,沉積岩注入似乎出人意料地危險。他說,他 3 月份的工作是基於俄克拉荷馬州緊密聚集的地點。新的加州大學聖克魯茲的研究具有使用全球多個具有不同地質位置的優勢,他說,這為誘發地震背後的機制提供了新的見解。

科學家說,加州大學聖克魯茲的研究確實有一些侷限性。儘管孔隙彈性是對較大的地震災害最合理的解釋,但布羅德斯基和格貝爾並未直接檢測到任何孔隙彈性變化。要確定因果關係,研究人員需要使用儀器觀察孤立的井,這些儀器可以測量地面形狀、方向和重力隨時間的變化。

為此,布羅德斯基希望更新 20 世紀 70 年代進行的一些實驗,這些實驗朝著理解這些地質過程邁出了一步。在科羅拉多州蘭利的一個油田裡,科學家們使用流體注入來產生人工地震,並從地震中收集地震資訊。但是,實驗的執行時間有限,留下了許多未解答的問題。布羅德斯基認為,使用最新的監測裝置進行的類似蘭利的實驗可以捕捉到孔隙彈性的作用。

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