废水处理不慎或引发地震？

弗吉尼亚理工大学地球科学副教授Manoochehr Shirzaei。

卤水是石油、天然气生产过程中产生的有毒废水。钻井机可处置大量卤水，并将其注入地层。然而，这种注水方式很有可能带来巨大危害。当地时间5月10日，美国弗吉尼亚理工大学领导的研究团队在《美国国家科学院院刊》发表论文称，在非常规油气田中，浅层废水注入或可引发大面积的深层地震。

弗大博士后研究员Guang Zhai与弗大地球科学副教授Manoochehr Shirzaei等将研究重点放在了德克萨斯州西部的特拉华盆地。该地区拥有美国最高产的非常规油气田之一。自2010年以来，特拉华盆地的浅层废水注入显著增加，引发了广泛的深层地震活动，包括最近德州Mentone附近发生的5.0级地震。虽然大多数地震震级相对较小，但也有小部分产生了广泛而强烈的震感。Zhai说：“有趣的是，在厚实的低渗透页岩储层上方注入废水，尽管只建立了最小的水力连接，却能够在地底深层处诱发地震。我们发现，孔隙弹性应力会激活基底断层。”

孔隙弹性是孔隙地层中流体流动和固体形变相互作用的结果。Shirzaei说：“新发现意义重大，因为它将孔隙弹性应力作为盆地范围内地震的主要驱动因素，置于学界聚光灯之下。”Zhai补充道：“然而，预测废水注入导致的地震活动量并不简单，因为它涉及到诸多变量，例如注入深度。”虽然众所周知，深层注入造成的流体压力增加是美国中、东部近期地震频发的主要诱因，但浅层注入究竟是如何引发地震的，其机制仍然不得而知。

在这次调查中，研究人员分析了不同注水量对特拉华盆地深处地壳应力的扰动以及扰动与特定断层地震的关系。Zhai说：“卤水和天然地下水等流体具有储存性，并能通过多孔岩石运移。”通过数据分析和计算机建模，研究人员发现，盆地范围内的地震主要发生在浅层注入导致深层应力增加的区域。这意味着在深层地震和通过弹性应力传递的浅层流体注入之间存在因果关系。“深层应力变化对浅层含水层性质非常敏感，尤其是水力扩散系数，它描述了流体在多孔介质中流动的难易程度。问题在于，为什么部分有大量浅层注入的地区并没有多发地震？我们提供了一种方法来调查控制诱发地震的其他重要因素。”加州大学伯克利分校教授Michael Manga说。

Shirzaei表示，除了人类干预，构造环境本身也有助于预先确定地震震级与可能性。新研究和后续工作将结合自然和人为因素，为评估诱发性地震灾害提供一种可行方案。他说：“随着全球能源需求的持续攀升，大量废水的处理仍然充满挑战性。安全的浅层注入处理比深层注入或水处理更具成本效益。我们希望这项研究能帮助工程们重新思考地震的诱发因素，并减轻它们的危害。” 

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编译：德克斯特 审稿：西莫 责编：陈之涵

期刊来源：《美国国家科学院院刊》

期刊编号：0027-8424

原文链接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-05/vt-gft051021.php

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