頁巖氣開采與誘發(fā)地震之間關(guān)聯(lián)的討論近年來在西方國家屢被提及。尤其是在最早進(jìn)行頁巖氣開采，也是規(guī)模最大的美國，這一爭議話題更是一度被社會(huì)各界所關(guān)注。頁巖氣開采中應(yīng)用的新技術(shù)究竟是否會(huì)導(dǎo)致地震活動(dòng)更頻繁地發(fā)生？頁巖氣開采和地震之間的關(guān)系是怎樣的？
美國開采頁巖氣的歷史
頁巖氣，是指蘊(yùn)藏于地底頁巖層中的天然氣。而對其進(jìn)行開采，需要使用一些特殊的技術(shù)，包括水力壓裂技術(shù)——將深直井打到幾千米的地下，再向水平方向鉆進(jìn)數(shù)百米到上千米，將大量摻入化學(xué)物質(zhì)的高壓水流注入頁巖層進(jìn)行液壓碎裂，人為造成縫隙、“撬開”巖層，從而讓石油或天然氣順著井筒流到地表。
世界上對頁巖氣資源的研究和勘探開發(fā)最早始于19世紀(jì)的美國，然而直到20世紀(jì)中期，第一口頁巖氣井鉆才在美國東部進(jìn)入規(guī)模生產(chǎn)，此后頁巖氣勘探開發(fā)區(qū)逐漸擴(kuò)展到儲(chǔ)量最豐富的美國中西部。
長期以來，由于技術(shù)限制，頁巖氣被認(rèn)為是無法大規(guī)模商業(yè)開發(fā)的資源。 然而面對傳統(tǒng)天然氣儲(chǔ)量的下滑，美國聯(lián)邦政府對許多替代能源項(xiàng)目進(jìn)行了投資，其中就包括頁巖氣開采。1998年，美國Mitchell Energy公司終于成功實(shí)現(xiàn)了第一次具有經(jīng)濟(jì)效益的頁巖壓裂，引發(fā)了“頁巖氣革命”。此后，頁巖氣成為了美國發(fā)展最為迅猛的主要能源組成部分。
2008年前后，美國頁巖氣產(chǎn)量猛增；2009年，美國以6240億立方米的產(chǎn)量首次超過俄羅斯成為世界第一大天然氣生產(chǎn)國。2000年，美國頁巖氣產(chǎn)量僅占天然氣總量的1%；而到2010年，頁巖氣所占的比重已超過20%。根據(jù)美國能源情報(bào)總署（EIA）的統(tǒng)計(jì)，2017年全美的頁巖氣產(chǎn)量約為4620億立方米，較去年增長了7%，開采量已占全美天然氣開采總量的一半以上。美國能源信息署預(yù)測，到2035年，美國46%的天然氣供給將來自頁巖氣。
而據(jù)國際能源署估計(jì)，頁巖氣能夠從技術(shù)上增加50%的全球可開采天然氣儲(chǔ)量。隨著美國在頁巖氣開發(fā)上的快速發(fā)展，世界各國也紛紛開始頁巖氣開采的研究。
頁巖氣技術(shù)與地震的關(guān)聯(lián)
過去十年里，在美國頁巖氣開采數(shù)據(jù)“節(jié)節(jié)攀升”的同時(shí)，相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用是否導(dǎo)致了多處開采地“地震頻發(fā)”的爭論就一直沒有停過。
美國地質(zhì)調(diào)查局（United States Geological Survey）早在2013年的美國地質(zhì)學(xué)年會(huì)上就發(fā)布報(bào)告稱，美國中西部地區(qū)近十年來的地震頻發(fā)現(xiàn)象，“幾乎可以肯定是人為的”。
3年后在該機(jī)構(gòu)的另一份報(bào)告中，研究人員根據(jù)最新發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步指出，存在誘發(fā)地震活動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)的地區(qū)，從高到低包括中西部的奧克拉荷馬州、堪薩斯州、德克薩斯州、科羅拉多州、新墨西哥州與阿肯色州等，在上述地區(qū)居住的約700萬居民身處險(xiǎn)境。而這些地區(qū)正是美國頁巖氣開采的主要產(chǎn)區(qū)，在歷史上，該地區(qū)罕有地震發(fā)生。
上述研究指出，與傳統(tǒng)存在地震風(fēng)險(xiǎn)的地區(qū)如加利福尼亞州相比，上述地區(qū)地震風(fēng)險(xiǎn)的最大區(qū)別是人為誘因，包括開采石油及天然氣時(shí)的廢水處置。事實(shí)上，學(xué)術(shù)界對于頁巖氣開采中所采用的水力壓裂法和地震之間的關(guān)系，以及該技術(shù)潛在的其他風(fēng)險(xiǎn)早有研究。最著名的案例便是美國主要頁巖油氣產(chǎn)地奧克拉荷馬州的地震頻次提高。
奧克拉荷馬州位于美國中部，遠(yuǎn)離所有主要斷層， 法新社報(bào)道稱，1975年至2008年，該州每年最多發(fā)生3起3.0級以上的地震。但從2009年開始，3級以上地震次數(shù)不斷猛增。2014年達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的585起。2016年9月，該州中北部發(fā)生5.6級地震，為該州有記錄以來最強(qiáng)地震。
這次地震再次令外界關(guān)注油氣公司開采頁巖時(shí)向地底傾注污水，可能引發(fā)地震的問題，州政府下令震中附近37個(gè)污水井關(guān)閉。
斯坦福大學(xué)研究人員在美國《科學(xué)進(jìn)展》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)研究表明，奧克拉荷馬州近幾年來地震頻發(fā)，主要原因是當(dāng)?shù)仄髽I(yè)把用水力壓裂法開采油氣時(shí)產(chǎn)生的大量含鹽廢水回注到地球深處沉積層。研究人員認(rèn)為，這種以非自然方式增加的水不斷沉積后，可以改變斷層的壓力，導(dǎo)致斷層滑動(dòng)，繼而引發(fā)地震。
就斷層會(huì)如何被“喚醒”和后果有多嚴(yán)重，科學(xué)家們分為兩派。一派認(rèn)為，奧克拉荷馬州不會(huì)發(fā)生規(guī)模超過5.0級的中強(qiáng)震；另一派認(rèn)為，可能發(fā)生7.0級強(qiáng)震，足以導(dǎo)致建筑物坍塌。
“風(fēng)險(xiǎn)在于，把（廢）水回注地下后，它就再也不會(huì)流出來。這些水被注入以前從未存在的地方，回注的水量越大，影響的區(qū)域也越大。我們不清楚長期影響會(huì)是怎樣?！毖芯咳藛T指出。
上述研究并非孤例。去年10月，美國科學(xué)家Bridget Scanlon在“ 地震研究快報(bào)”上發(fā)表論文稱，在地質(zhì)構(gòu)造中儲(chǔ)存采出水所造成的壓力增加，提高了了誘發(fā)地震的風(fēng)險(xiǎn)。在井內(nèi)和區(qū)域范圍內(nèi)，隨著注入水量以及注入速度的增加，這種風(fēng)險(xiǎn)也會(huì)增加。
《紐約時(shí)報(bào)》2015年的一項(xiàng)報(bào)道也顯示，一項(xiàng)科學(xué)研究將俄亥俄州斷層附近的頁巖氣開采與數(shù)十次地震聯(lián)系起來。這項(xiàng)發(fā)表在《美國地震學(xué)會(huì)公報(bào)》的研究表明，水力壓裂法在地下形成了壓力，會(huì)在距離油井半英里(約合800米)的現(xiàn)有斷層處造成滑移。
而美國的地震頻發(fā)現(xiàn)象也并不是孤例?！度A爾街日報(bào)》報(bào)道指出，原本不在地震帶上的荷蘭最近幾年也地震頻發(fā)，僅2012年，格羅寧根（Groningen）就發(fā)生了93次地震，最高為3.2級。而政府研究表明，這與荷蘭格羅寧根地區(qū)的頁巖氣生產(chǎn)有關(guān)。在加拿大，近年來隨著頁巖氣的開采，小型地震的數(shù)量大約每年增加了20-30起。研究人員已經(jīng)著手研究，試圖找出這些增加的微震數(shù)量與頁巖氣開采的關(guān)系。
相關(guān)地震研究亟需跟上
盡管美國石油協(xié)會(huì)組織曾表示，廢液井造成地震的風(fēng)險(xiǎn)比例很低。但不可否認(rèn)的事實(shí)是，隨著水力壓裂法被廣泛使用，全美各地廢液井的整體數(shù)量正在急劇增長。《華盛頓郵報(bào)》的報(bào)道就指出，僅得克薩斯州達(dá)拉斯地區(qū)面臨人為誘發(fā)地震威脅的幾率比2014年提升了10倍。
上述報(bào)道指出，僅在得州廢液井就有5萬多口，每口井內(nèi)大約儲(chǔ)存著450萬加侖的廢液。聯(lián)邦緊急事務(wù)管理署估計(jì)，一旦該地區(qū)發(fā)生5.6級以上地震，將會(huì)摧毀8萬棟建筑，造成堤壩崩潰，導(dǎo)致95億美元的經(jīng)濟(jì)損失。
“我們需要來自能源開采行業(yè)的相關(guān)信息做出更好的預(yù)測，查明危害，使得政策制定者能夠決定該怎么做。與此同時(shí)，我們也要幫助大家認(rèn)識到面臨誘發(fā)地震的風(fēng)險(xiǎn)，人們需要采取預(yù)防措施，如加固建筑物或改變保險(xiǎn)費(fèi)率等，但可能需要數(shù)年時(shí)間?！泵绹刭|(zhì)調(diào)查局地震災(zāi)害專家彼得森說道。
過去幾年，美國的頁巖氣革命幾乎重塑了美國的能源版圖。 2015年，美國解除了延續(xù)40年之久的原油出口禁令，國內(nèi)的頁巖氣開發(fā)持續(xù)增長，一改長期以來美國在全球能源市場上“買家”的身份，轉(zhuǎn)換成為一個(gè)實(shí)力派“賣家”。 美國頁巖氣革命的成功對全球能源供應(yīng)及諸多行業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，也由此引發(fā)全球頁巖氣開發(fā)浪潮。
然而，美國開采頁巖氣的水力壓裂法被美國地質(zhì)調(diào)查局認(rèn)為可能引發(fā)地震。盡管目前仍難判斷“頁巖氣開采引發(fā)地震”這一說法的科學(xué)性，但對世界其他從事頁巖氣開采的國家而言，這或是一個(gè)及時(shí)的警鐘，與頁巖氣開采相關(guān)的地震研究亟需跟上。
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