廢水注入引發的地震占美國地震的20%＊

廢水注入引發的地震占美國地震的20%＊

編者按：2014年8月1日，德國地球科學研究中心（GFZ）通過其頁巖氣信息平臺SHIP發表德國著名能源技術公司Harbour Dom總裁、德國地球物理學學會理事會成員Horst Rüter博士的評論文章，對近期引起廣泛關注的美國康奈爾大學的Keranen等發表的題為“2008年以來大量廢水注入導致俄克拉荷馬州中部的地震急劇增加”的文章予以評述，本文將摘其要點予以介紹。

2014年7月25日，Science刊發美國康奈爾大學Keranen等的題為《2008年以來大量廢水注入導致俄克拉荷馬州中部的地震急劇增加》（Sharp increase in central Oklahoma seismicity since 2008 induced by massive wastewater injection）的文章，引起了多家媒體的廣泛關注，該文章詳細研究了俄克拉荷馬州以及美國中東部地區地震大幅增加的問題，這也是近期眾多文獻經常探討的問題。文章標題直接將地震的增加與廢水注入聯系起來。文章認為，處置井對于地震增加具有“潛在的責任”，也意味著與水壓致裂沒有直接關聯，即與油氣藏增長以及油氣開采無關。文章通篇使用“廢水”這一術語，卻沒有指出廢水是否來源于石油／天然氣行業，但可以推測，事實就是如此。

令人遺憾的是，盡管只有使用（注射壓力的）壓力數據才能建立廢水注入與地震間的因果關系，但這些數據卻很難獲得。因此，作者使用合理的壓力傳播模型計算值來代替。

觀測到的震群得到了細致研究和詳細的統計分析。結果顯示，俄克拉荷馬州數千口處置井幾乎完全抗震，至少不會產生任何顯著的地震事件。只有4口注射速率最高的井被認為可以引發地震，這些地震約占美國2008—2014年間全部地震的20%以及東部各州地震的（＞3級）的45%。其中，最大的地震（5～7級）發生于2011年，鄰近俄克拉荷馬州的Prague，“可能”與廢水注入有關。總之，與1976—2007年間相比，年度地震次數增長了40倍。

文章著重研究Jones鎮附近的地震群，也稱“Jones群”。為此，提出了水力模型，并每月向4口主要油井中注入4百萬桶（250 L／s）廢水。地震群的詳細定位顯示，雖然震群位于注入井周圍（最遠相距35 km），還與著名的斷層系統有關，如Wilzetta斷層和Nemaha斷層。此處出現如此多的地震，主要是廢水的高注射速率與活動斷層系統共同作用的結果。單純從經驗上看（不考慮巖石力學的影響），地震的發生與模擬的壓力傳播相對應，研究者發現即使壓力只增加0．07 MPa（0．7 bar），都會觸發地震。至少此處的地震都位于模擬壓力（無資料可查）超過該值的地區，該值與其他文獻中提到的數值相一致。因此，有以下總結和結論：

（1）文章沒有建立地震與鉆井、水力壓裂或非常規天然氣開采之間的聯系。考慮到現有無數類似的活動，可以繼續假定它們與誘發地震的關系不大。

（2）俄克拉荷巴州地震的急劇增加可能與廢水注入有關。

（3）數以千計的處置井不會引起明顯的地震。觀測到地震的急劇增加僅僅源于4口處置井。

（4）這4口處置井不僅注入速率極高，還緊鄰近期發現的活動斷層系統。

（5）廢水注入通常是合理的，不會引發地震（俄克拉荷馬州還有無數這樣的例子）。

（6）處置井的選址必須經過仔細勘探，特別要注意繪制斷層系統圖以及應力場相關資料。

（7）廢水注入試驗必須先于注入操作，且只適用于注入速率較高的區域。如果試驗產生了不利結果，必須放棄鉆井。

（8）處理場所必須經地震學監測。

（9）如果出現地震活動增加的標志，必須停止注入（反應剖面）。那么，該位置也是不合適的，必須停止鉆井。

（10）盡管已經觀測到極端的地震活動，但卻不知為何俄克拉荷巴州的4口注入井仍被使用了（或仍在使用）這么多年。

文獻來源：Horst Rüter．Induced seismicity linked to wastewater injection is said to make up around 20%of total seismicity within the USA．http：∥www．shale-gas-information-platform．org／index．php？id＝62＆L＝＆tx＿ttnews%5Btt＿news% 5D＝494＆c Hash＝4cc127233262 d9ffba5b70cf06e18b02

（編譯者電子信箱，趙紀東：zhaojd＠llas．ac．cn）

P315；

D；

10．3969／j．issn．0235-4975．2014．09．003

2014-09-02。