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在頁巖氣革命中大顯身手的水力壓裂,是如何誘發地震的?
水力壓裂是一項油氣井增產技術,被廣泛應用在頁巖油氣開采中。它要求用大量摻入化學物質的水注入頁巖層進行液壓碎裂,以擠出油氣。數十年來水力壓裂法在北美的普及助推了北美頁巖油氣行業的繁榮。目前,中國也在四川等地嘗試水力壓裂法的應用。
但它同時也飽受爭議。一方面,人們擔心壓裂液會滲透污染地下水,威脅當地生態環境和居民身體健康。另一方面,水力壓裂也有誘發小型地震的可能性。由于油氣和地質斷層存在天然的聯系,水力壓裂一旦活化斷層,就可能引發地震。
由于擔心水力壓裂法產生的負面影響,美國紐約州已于2015年6月正式禁用了這項技術。歐洲國家也普遍對這項技術持消極態度。
在加拿大,西部地區頻發的小型地震被認為與該地區的水力壓裂作業有關,它們在時間和空間上都呈現清晰的相關性。之前有研究人員暗示已有斷層的活化是造成地震的主因,但其中的具體機制并不為人理解。
11月17日,加拿大卡爾加里大學David Eaton教授和鮑學偉博士在著名學術期刊《Science》上發表題為《Fault activation by hydraulic fracturing in western Canada (加拿大西部水里壓力引發的斷層活化)》的文章,解釋了水力壓裂誘發地震的機制。
David Eaton和鮑學偉對2014年12月到2015年3月間加拿大西部地區阿爾特拉Fox Creekfu附近發生的中小型地震和6個水力壓裂作業點進行了追蹤,并對水力壓裂作業點附近的已有斷層結構進行高清解析,發現水力壓裂作業在過程中和完成后都可以誘發地震,但機制是不同的。
在水力壓裂作業過程中,巖體因為壓力增加可能發生劇烈反應,觸發斷層滑移。這種小型地震會在作業結束后立馬停止。
在水里壓裂作業完成后,透水性較好的巖層中的巖石孔隙被壓裂液滲透,壓力增大。這使得之前存在的斷層更不穩定,斷層滑移也更容易發生。在這種機制下,一系列小型地震可能在作業結束后持續至少幾個月。
因此,文章認為未來若想要減少水力壓裂誘發的地震,必須要考慮被壓裂液滲透的斷層的敏感程度。這一研究為有效預防和減輕水力壓裂誘發地震提供了科學依據。





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