科學家們有一種新的工具，可以幫助他們預測因石油和天然氣作業將廢水深層注入地下而引發的地震——而且它就在軌道上。一個地球物理學家團隊分析了日本高階陸地觀測衛星（ALOS）三年多的雷達資料，發現他們可以看到得克薩斯州廷普森附近廢水處理井上方的地表發生形變。兩年後，在2012年，該地區發生了一場4.8級地震。
ALOS的干涉合成孔徑雷達（InSAR）為預測人為或人為造成的地震活動提供了一個重要補充。由亞利桑那州立大學地球物理學家馬努切赫爾·希爾扎伊領導的一個研究團隊從2007年5月到2010年11月提取了每月InSAR資料，並觀察到地面在兩個相距約兩公里的廢水井上方每年上升三毫米。他們將這些資料輸入到他們的孔隙壓力模型中——即水在地下岩石裂縫中被擠壓的程度。增加的孔隙壓力可能會使地下斷層變形，並可能導致它們滑動，從而產生地震。該團隊今天在《科學》雜誌上發表了他們的研究成果。
據作者所知，這項研究是第一個直接測量廢水注入引起的地面隆起的研究。“我們知道當把液體注入地下時會引起地表變形，但我們從未見過它，”希爾扎伊說。“對於這個廷普森研究區域，我們很幸運能夠看到變形。”希爾扎伊希望這些資料能讓研究小組回答諸如為什麼一些注入井可能會引發地震而另一些則不會的問題。
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得克薩斯大學奧斯汀分校地球物理研究所副主任克利夫·弗羅利奇說，使用獨立於地下測量的InSAR資料是一項巨大進步，他研究過廷普森地震，但沒有參與這項研究。他還對該團隊如何從所有背景噪聲（如季節性變化或植物覆蓋）中挑選出乾淨的雷達訊號印象深刻。但他警告說，其他模型可能與希爾扎伊的模型有所不同。他還指出，雖然隆起發生在兩個注入井上方，但實際的地震發生在另外一對幾乎沒有隆起的井的正下方，距離地面變形井約25公里。
那兩個井注入的廢水比隆起下方的井深得多。許多地下特徵會影響地震。希爾扎伊的模型依賴於諸如岩石的剛度，以及廢水注入深度和體積等因素來計算一個區域的孔隙壓力。美國地質調查局的地球物理學家賈斯汀·魯賓斯坦指出，在某些地方，如果操作員將液體注入到較少柔韌的岩石中，那麼缺乏變形甚至可能表明地下深處的壓力更高，他也沒有參與這項研究。
斯坦福大學能源資源工程兼職教授馬克·麥克盧爾同意，如果希爾扎伊的團隊在較深的井上方觀察到變形，那會更令人滿意，但他發現該模型顯示地震發生在廢水注入速率開始下降之後，這很有趣。希爾扎伊認為這可能是由於流體需要時間過濾岩石併到達深層斷層，或者由於突然停止注入作業而產生的額外應力。“如果你今天停止注入，地震活動可能會持續到未來十年左右，”他說。
希爾扎伊希望將該模型擴充套件到美國中部其他地震急劇增加且靠近石油和天然氣開發區的地區，但他受到可獲得的資料量的限制。ALOS並不是唯一具有InSAR能力的衛星，空間機構通常會免費提供相應的資訊。如果希爾扎伊從多顆衛星提取資料，那麼每隔幾天就可以獲得資料。更好的報告做法也可能會有所幫助；他說，德克薩斯州官員通常每月提供一次廢水注入量資料，而俄克拉荷馬州官員則每天提供一次。
麥克盧爾同意資料的可用性“絕對至關重要”。他說：“各州需要更好地收集資料並將其提供給公眾，以便進行此類研究成為可能。特別是，每個井的每月注入量。”
致謝：阿曼達·蒙塔內斯；來源：“由於得克薩斯州東部的流體注入引起的地面隆起和隨時間變化的地震危險”，馬努切赫爾·希爾扎伊等，《科學》，第353卷，第6306期；2016年9月23日。