廢水處理或引發(fā)美國(guó)中部大量地震
兩項(xiàng)新研究提供了迄今為止最有力的證據(jù)，表明石油和天然氣公司由于將廢水注入地下水井而在美國(guó)中部地區(qū)造成了一連串地震。
一項(xiàng)發(fā)表在《科學(xué)》雜志的研究發(fā)現(xiàn)，在距離這些地下水井15公里的范圍內(nèi)發(fā)生了大量地震；而另一項(xiàng)發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上的研究則證實(shí)，在俄克拉何馬州發(fā)生的大多數(shù)地震都與用來處理大量鹽水的地下水井有關(guān)。
這兩項(xiàng)發(fā)現(xiàn)均朝著解釋為何美國(guó)中部地震頻率飆升邁出了重要一步。在上世紀(jì)70年代，該地區(qū)每年發(fā)生的3級(jí)或更大規(guī)模地震不超過30次。然而從2009年開始，這一地區(qū)的地震頻率開始迅速增加，在2014年甚至發(fā)生了650多次地震。
在那些受到影響的州，包括俄克拉何馬州、得克薩斯州、阿肯色州和俄亥俄州，政府官員一直在爭(zhēng)論是否應(yīng)加強(qiáng)對(duì)這些地下水井的管理。今年3月，阿肯色州開始要求石油和天然氣公司在與俄克拉何馬州接壤的兩個(gè)縣大幅減少其廢水注入量。
《科學(xué)》的論文通過最精確的統(tǒng)計(jì)分析將地震與注水井聯(lián)系起來。之前的研究曾對(duì)單一地震或一小組地震進(jìn)行了分析。主持該項(xiàng)研究的博爾德市科羅拉多大學(xué)研究生Matthew Weingarten表示：“人們往往著眼于較小的圖畫而沒有看到全局。”
為了獲得更寬闊的視野，他與同事建立了一個(gè)由遍及美國(guó)中部及東部地區(qū)的18700多個(gè)注水井組成的數(shù)據(jù)庫，并將它們與1973年至2014年發(fā)生在該地區(qū)的7175次地震數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。如果一次地震發(fā)生在距離一口注水井15公里的范圍之內(nèi)，研究人員便會(huì)認(rèn)為這次地震與這口井有關(guān)。
分析表明，在2000年之前，大約1/5的地震被認(rèn)為與注水井有關(guān)。而到了2014年，這一比例上升至87%。
Weingarten表示：“不僅僅是發(fā)生了更多的地震，而且在注水井周圍會(huì)優(yōu)先發(fā)生地震。”并且這些水井被注入的水量越大——尤其是那些每月超過30萬桶的——就越有可能發(fā)生一次地震。
而第二篇論文則著眼于美國(guó)中部的地震熱點(diǎn)地區(qū)——俄克拉何馬州，在過去6年中，這一地區(qū)超過70%的地震都發(fā)生在該州境內(nèi)。主持該項(xiàng)研究的加利福尼亞州斯坦福大學(xué)研究生Rall Walsh表示：“俄克拉何馬州的地震規(guī)模比美國(guó)其他地區(qū)大了一個(gè)數(shù)量級(jí)。”
俄克拉何馬州在2008年之前每10年只發(fā)生一兩次中小規(guī)模地震，但近幾年中小規(guī)模地震急劇增多，僅2014年就發(fā)生了24次。大部分地震由于規(guī)模太小而無法被察覺，但有一些則足以毀壞房屋和建筑。2011年發(fā)生在該州布拉格市的一場(chǎng)5.6級(jí)地震便毀壞了一座大學(xué)建筑，地質(zhì)學(xué)家表示，未來很可能發(fā)生更大并且更具破壞性的地震。
Walsh與導(dǎo)師、地球物理學(xué)家Mark Zoback發(fā)現(xiàn)，該州近年來地震最多的3個(gè)地區(qū)都是隨著油氣作業(yè)廢水處理增多而頻發(fā)地震的，而廢水處理相對(duì)較少的地區(qū)則沒有出現(xiàn)地震次數(shù)增加的現(xiàn)象。
他們還發(fā)現(xiàn)，廢水的主要來源是自然界中與地下石油和天然氣資源共存的含鹽水。開采公司把這種所謂“產(chǎn)出水”從萃取的油氣中分離出來，通常又通過注水深井將其回注到地表以下7000英尺（約合2133米）深的阿巴克爾沉積層。
在上述3個(gè)地區(qū)，廢水回注高峰與地震發(fā)生時(shí)間之間存在延遲，注水井與震中之間也相隔很遠(yuǎn)，這些差異一度使研究人員感到困惑。對(duì)此，斯坦福大學(xué)研究人員解釋說，阿巴克爾沉積層位于該州地震斷層的上面，廢水回注增加了阿巴克爾沉積層的孔隙壓力，壓力在沉積層擴(kuò)散，可能影響到遠(yuǎn)處的斷層，這就造成時(shí)間上的延遲。隨著向上述3個(gè)地區(qū)阿巴克爾沉積層回注的廢水增多，斷層所受的流體壓力劇增，這加速了斷層活動(dòng)引發(fā)地震的過程。
新的研究將有助于鉆井工人減少發(fā)生地震的風(fēng)險(xiǎn)——如果他們能夠注意到有多少廢水被注入到該州地下的哪一個(gè)部分。
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