美国页岩开发导致地震频发 敲响页岩气警钟(2)

在位于四川盆地上的自贡和荣昌两地，研究者已对注水活动诱发的地震进行了较详细的研究。

据四川省地震局张致伟等人2012年5月发表在《地球物理学报》上的论文，2009年1月，位于四川省自贡市大安区牛佛镇与隆昌县黄江昌镇交界的天然气采空废井“家33井”在人为加压注入废水后，注水井周边地区立即出现显著的小震增强的异常现象，随着注水压力的增加，注水井周边先后发生4.4级和4.2级地震，每月可观测到的小型地震也达到160余次。

在地方政府的介入下，“家33井”的注水量开始下降，随后两月，地震频次与震级大小均出现回落。

分析显示，在注水压力持续升高的背景下，注水井周边地区地震活动强度、频次与注水量呈现出较好的对应关系，加压注水是诱发上述地震的主要原因。

张致伟等指出，注水井持续加压导致地下岩层节理、裂隙扩张，在水的润滑作用下，产生了更多微破裂，致使小震增加。这些地震均为浅源地震，即便是两起4级以上地震，其震源深度也仅为5公里和4公里。

在位于四川盆地东缘的重庆荣昌地区，研究者也对注水地震进行了研究。

荣昌的地震活动原本很弱，历史上本无5级以上地震记载，但自20世纪80年代末期开始，随着工业部门将天然气开采生产的废水通过废井进行回灌，该地区的地震活动开始明显增强，震级亦逐渐增大。

根据重庆市地震局、中国地震局地质研究所和日本地质调查所进行的联合研究，近20年来，荣昌地区共观测到3万多次地震，其中5级以上2次，4级以上近20次。

荣昌地区成为重庆市地震活动最强的地区之一。其中，在1997年和2010年，在注水活动集中的废水回灌井附近，分别发生5.4级和5.1级地震。

这些地震也呈现浅源特征，震源多数在2000-3000米左右，一些微震的震源甚至小于1公里。

在荣昌县的昌元、昌州等多个地区，当地居民经常能够感受到震感，地震时伴有房屋门窗发响。其中几次4级以上地震，还导致广顺街道、安富镇房屋倒塌、跳闸断电。部分群众还听到轰隆作响的地声。

参与荣昌地区注水地震研究的日本地质调查所研究员雷兴林告诉财新记者，水力压裂肯定会产生微震，但是微震还是大震，取决于当地是否有发生大地震的地质条件。

雷兴林指出，水力压裂与地下注水诱发地震的原理实际是一样的，无论是水力压裂还是地下注水，是否触发较大地震取决于在其压力影响范围内是否存在具有产生较大地震的结构面。结构面尺寸、应力状态和注水导致的压力变化，是影响地震震级的主要因素。

他强调，虽然页岩本身是低渗透、塑性相对较强的岩石，其压裂本身不会导致太大地震，但如果有断层切断或抵达水压致裂页岩层，则仍有触发或诱发较大地震可能，且诱发地震的震级是没有上限的。

也就是说，虽然页岩本身破碎不至于产生大地震，但如果有断层贯穿这些页岩，水力压裂产生的压力就会沿着断层扩散到其他地区。

一般而言，注水压力越大，注水时间越长，注水的影响范围越大，触及较大断层可能性便越大，发生高震级地震的风险也就越大。

前述美国地质学者奥斯丁•霍兰德也指出，诱发地震的最大因素是所在地原本的地质和应力状况，因此，在地质构造活跃地带进行水力压裂和高压注水活动时，应更加谨慎，水力压裂井与废水处理井均应尽量避免断层。

“从四川盆地、云南、贵州、广西等油气底层及构造特征来看，总体上大规模开采时发生较高震级的诱发地震的风险较大。若在这些地区进行深井回灌或地下注水，无疑将增大诱发地震风险。”雷兴林说。

页岩气警钟

根据美国能源信息署2011年估计，中国拥有1275万亿立方英尺(约36.1万亿立方米)的技术可及的页岩气资源，超过美国和加拿大的总和。

不过，中国近四成页岩气资源分布在西南地区，覆盖四川、重庆、云南、贵州、广西等省市区。这些地方约储存有10万亿立方米的页岩气。

与美国页岩气资源大多储于深度不足3000米的海系页岩层的情况不同，中国西南地区的优质页岩气资源主要储存在地下3000-5000米之间的陆系页岩层。

美国页岩气资源分布地区地表条件优越、地势平坦、地广人稀，中国西南地区则地形复杂、地势高差大、人口密集，大规模钻井不仅会对人口密集地区产生干扰，还会增加当地对基础设施的需求，更容易诱发山体滑坡等地质灾害。

根据国际能源署(International Energy Agency)的统计，页岩气开发所需的压裂井数量是传统油气资源的10倍，且钻井和生产作业对地面影响较大。

奥斯丁•霍兰德告诉财新记者，虽然水力压裂和高压注水活动导致大地震是小概率事件，但这并不代表没有发生的可能性。因此，对这些可能的地震风险进行充分论证和监控是有必要的。