廢水注入引發(fā)的地震占美國(guó)地震的20%＊

編者按：2014年8月1日，德國(guó)地球科學(xué)研究中心（GFZ）通過(guò)其頁(yè)巖氣信息平臺(tái)SHIP發(fā)表德國(guó)著名能源技術(shù)公司Harbour Dom總裁、德國(guó)地球物理學(xué)學(xué)會(huì)理事會(huì)成員Horst Rüter博士的評(píng)論文章，對(duì)近期引起廣泛關(guān)注的美國(guó)康奈爾大學(xué)的Keranen等發(fā)表的題為“2008年以來(lái)大量廢水注入導(dǎo)致俄克拉荷馬州中部的地震急劇增加”的文章予以評(píng)述，本文將摘其要點(diǎn)予以介紹。

2014年7月25日，Science刊發(fā)美國(guó)康奈爾大學(xué)Keranen等的題為《2008年以來(lái)大量廢水注入導(dǎo)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(guān)注，該文章詳細(xì)研究了俄克拉荷馬州以及美國(guó)中東部地區(qū)地震大幅增加的問(wèn)題，這也是近期眾多文獻(xiàn)經(jīng)常探討的問(wèn)題。文章標(biāo)題直接將地震的增加與廢水注入聯(lián)系起來(lái)。文章認(rèn)為，處置井對(duì)于地震增加具有“潛在的責(zé)任”，也意味著與水壓致裂沒(méi)有直接關(guān)聯(lián)，即與油氣藏增長(zhǎng)以及油氣開(kāi)采無(wú)關(guān)。文章通篇使用“廢水”這一術(shù)語(yǔ)，卻沒(méi)有指出廢水是否來(lái)源于石油／天然氣行業(yè)，但可以推測(cè)，事實(shí)就是如此。

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

觀測(cè)到的震群得到了細(xì)致研究和詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果顯示，俄克拉荷馬州數(shù)千口處置井幾乎完全抗震，至少不會(huì)產(chǎn)生任何顯著的地震事件。只有4口注射速率最高的井被認(rèn)為可以引發(fā)地震，這些地震約占美國(guó)2008—2014年間全部地震的20%以及東部各州地震的（＞3級(jí)）的45%。其中，最大的地震（5～7級(jí)）發(fā)生于2011年，鄰近俄克拉荷馬州的Prague，“可能”與廢水注入有關(guān)。總之，與1976—2007年間相比，年度地震次數(shù)增長(zhǎng)了40倍。

文章著重研究Jones鎮(zhèn)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(wàn)桶（250 L／s）廢水。地震群的詳細(xì)定位顯示，雖然震群位于注入井周?chē)ㄗ钸h(yuǎn)相距35 km），還與著名的斷層系統(tǒng)有關(guān)，如Wilzetta斷層和Nemaha斷層。此處出現(xiàn)如此多的地震，主要是廢水的高注射速率與活動(dòng)斷層系統(tǒng)共同作用的結(jié)果。單純從經(jīng)驗(yàn)上看（不考慮巖石力學(xué)的影響），地震的發(fā)生與模擬的壓力傳播相對(duì)應(yīng)，研究者發(fā)現(xiàn)即使壓力只增加0．07 MPa（0．7 bar），都會(huì)觸發(fā)地震。至少此處的地震都位于模擬壓力（無(wú)資料可查）超過(guò)該值的地區(qū)，該值與其他文獻(xiàn)中提到的數(shù)值相一致。因此，有以下總結(jié)和結(jié)論：

（1）文章沒(méi)有建立地震與鉆井、水力壓裂或非常規(guī)天然氣開(kāi)采之間的聯(lián)系?？紤]到現(xiàn)有無(wú)數(shù)類似的活動(dòng)，可以繼續(xù)假定它們與誘發(fā)地震的關(guān)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(guān)。

（3）數(shù)以千計(jì)的處置井不會(huì)引起明顯的地震。觀測(cè)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(fā)現(xiàn)的活動(dòng)斷層系統(tǒng)。

（5）廢水注入通常是合理的，不會(huì)引發(fā)地震（俄克拉荷馬州還有無(wú)數(shù)這樣的例子）。

（6）處置井的選址必須經(jīng)過(guò)仔細(xì)勘探，特別要注意繪制斷層系統(tǒng)圖以及應(yīng)力場(chǎng)相關(guān)資料。

（7）廢水注入試驗(yàn)必須先于注入操作，且只適用于注入速率較高的區(qū)域。如果試驗(yàn)產(chǎn)生了不利結(jié)果，必須放棄鉆井。

（8）處理場(chǎng)所必須經(jīng)地震學(xué)監(jiān)測(cè)。

（9）如果出現(xiàn)地震活動(dòng)增加的標(biāo)志，必須停止注入（反應(yīng)剖面）。那么，該位置也是不合適的，必須停止鉆井。

（10）盡管已經(jīng)觀測(cè)到極端的地震活動(dòng)，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(xiàn)來(lái)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(jì)東：zhaojd＠llas．a(chǎn)c．cn）

P315；

D；

10．3969／j．issn．0235-4975．2014．09．003

2014-09-02。