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废水处理或引发美国中部大量地震
来源:中国科学报      作者:赵熙熙      时间:2015-06-28 20:55      关键词:美国中部大量地震近90%与地下注水有关

两项新研究提供了迄今为止最有力的证据,表明石油和天然气公司由于将废水注入地下水井而在美国中部地区造成了一连串地震。

一项发表在《科学》杂志的研究发现,在距离这些地下水井15公里的范围内发生了大量地震;而另一项发表在《科学进展》上的研究则证实,在俄克拉何马州发生的大多数地震都与用来处理大量盐水的地下水井有关。

这两项发现均朝着解释为何美国中部地震频率飙升迈出了重要一步。在上世纪70年代,该地区每年发生的3级或更大规模地震不超过30次。然而从2009年开始,这一地区的地震频率开始迅速增加,在2014年甚至发生了650多次地震。

在那些受到影响的州,包括俄克拉何马州、得克萨斯州、阿肯色州和俄亥俄州,政府官员一直在争论是否应加强对这些地下水井的管理。今年3月,阿肯色州开始要求石油和天然气公司在与俄克拉何马州接壤的两个县大幅减少其废水注入量。

《科学》的论文通过最精确的统计分析将地震与注水井联系起来。之前的研究曾对单一地震或一小组地震进行了分析。主持该项研究的博尔德市科罗拉多大学研究生Matthew Weingarten表示:“人们往往着眼于较小的图画而没有看到全局。”

为了获得更宽阔的视野,他与同事建立了一个由遍及美国中部及东部地区的18700多个注水井组成的数据库,并将它们与1973年至2014年发生在该地区的7175次地震数据进行了比较。如果一次地震发生在距离一口注水井15公里的范围之内,研究人员便会认为这次地震与这口井有关。

分析表明,在2000年之前,大约1/5的地震被认为与注水井有关。而到了2014年,这一比例上升至87%。

Weingarten表示:“不仅仅是发生了更多的地震,而且在注水井周围会优先发生地震。”并且这些水井被注入的水量越大——尤其是那些每月超过30万桶的——就越有可能发生一次地震。

而第二篇论文则着眼于美国中部的地震热点地区——俄克拉何马州,在过去6年中,这一地区超过70%的地震都发生在该州境内。主持该项研究的加利福尼亚州斯坦福大学研究生Rall Walsh表示:“俄克拉何马州的地震规模比美国其他地区大了一个数量级。”

俄克拉何马州在2008年之前每10年只发生一两次中小规模地震,但近几年中小规模地震急剧增多,仅2014年就发生了24次。大部分地震由于规模太小而无法被察觉,但有一些则足以毁坏房屋和建筑。2011年发生在该州布拉格市的一场5.6级地震便毁坏了一座大学建筑,地质学家表示,未来很可能发生更大并且更具破坏性的地震。

Walsh与导师、地球物理学家Mark Zoback发现,该州近年来地震最多的3个地区都是随着油气作业废水处理增多而频发地震的,而废水处理相对较少的地区则没有出现地震次数增加的现象。

他们还发现,废水的主要来源是自然界中与地下石油和天然气资源共存的含盐水。开采公司把这种所谓“产出水”从萃取的油气中分离出来,通常又通过注水深井将其回注到地表以下7000英尺(约合2133米)深的阿巴克尔沉积层。

在上述3个地区,废水回注高峰与地震发生时间之间存在延迟,注水井与震中之间也相隔很远,这些差异一度使研究人员感到困惑。对此,斯坦福大学研究人员解释说,阿巴克尔沉积层位于该州地震断层的上面,废水回注增加了阿巴克尔沉积层的孔隙压力,压力在沉积层扩散,可能影响到远处的断层,这就造成时间上的延迟。随着向上述3个地区阿巴克尔沉积层回注的废水增多,断层所受的流体压力剧增,这加速了断层活动引发地震的过程。

新的研究将有助于钻井工人减少发生地震的风险——如果他们能够注意到有多少废水被注入到该州地下的哪一个部分

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