撰文 | 杨   朔 责编 | 夏志坚

四川省长宁县，页岩气开发的热土，中国首个国家级页岩气示范区长宁-威远国家级页岩气产业示范区所在地之一。8月13日，长宁发生了一次4.1级的地震，而自2019年6月17日起，该县已经发生36次地震，其中四级以上的地震9次。

 

在美国，页岩气开发的重点区域俄克拉荷马州同样地震频发。2010年俄克拉荷马发生了41次三级以上的地震，而到了2015年，该地区三级以上地震已经飙升到了888次 [1]。

 

一时间，人们对于页岩气的开采是否诱发了长宁频繁的地震产生疑问。

 

在页岩气开发过程中，通常需要用到水力压裂技术，即向地下注入高压流体，压裂岩石，为页岩气的运移提供更多的流动通道。网上的一些评论称，开采页岩气时，水力压裂破坏了地层稳定的应力状态，从而诱发了地震。

 

然而，事实是否果真如此？

 

地震频发都是水力压裂惹的祸？

 

水力压裂是否会诱发中等强度的地震，学术界对此并未取得共识。

 

Hadi Ghofran 等学者指出，页岩的压裂会诱发作业地区中等强度的地震，特别是美国中部，像俄亥俄州、俄克拉荷马州地震频发和页岩气的开采作业有着密切的联系 [2]。

 

不过也有人表示，尽管压裂时的高压流体会在某些方向上导致地层岩石发生破裂，但产生的影响微乎其微，不足以诱发中等强度的地震。此外，水力压裂的作业区域一般在地下2000-3000米处，而震源往往深得多，二者之间并不能简单地建立因果关系。

 

值得一提的是，6月18日，在中国地震台网中心召开的 “四川长宁6.0级地震专家集体访谈” 活动上，中国地震台网中心主任王海涛表示，目前尚无充分证据证明此次地震与水坝、页岩气开采有关。有学者表示，从地震学角度来说，目前对诱发地震是否能够引起中等强度以上地震仍不清楚 [3]。

 

油田废水，诱发地震的另一“嫌犯”？

 

在学者关于水力压裂是否导致地震争论不休时，有人将目光投向了注入地层的废水。

 

有研究发现，除了压裂可能导致地震外，开发过程中向地层注入的废水也可能致震。美国联邦地质调查局指出，页岩气开采的水力压裂不是产生诱发地震的主要原因，石油和天然气开采过程中产生的废液被增压注入或直接注入废水井，是产生大部分诱发地震的主要原因 [4]。

 

在美国发生地震最多的俄克拉荷马州，只有1-2％的地震与水力压裂作业有关，剩余的地震则是由废水处理引起的。在《自然-通讯》杂志上，Ryan M. Pollyea 等人发表了《高密度油田废水处理导致更深、更强、更持久的地震》（High density oilfield wastewater disposal causes deeper, stronger,and more persistent earthquakes）一文呼应了上述观点，作者研究发现，由于高压泵入地层的废水和岩石流体之间存在密度差，可能会导致压力瞬变，从而致震 [5]。

 

不过也有人表示，该结论可能并不符合中国的实际情况 [6]。在美国，河流较多，水资源获取方便，人们会将水力压裂产生的废水收集起来，再从别的地方集中注入地层。而中国的页岩气开采环境条件恶劣，多数是丘陵地区，实际的工作区域多在山上，水的运输成本很高，所以这些水都要经过处理，循环利用，并不会出现上述现象，所以无法简单断定是油田废水诱发了地震。

 

中国地质大学地球物理与信息技术学院的副教授刘志坤认为，与国外相比，国内关于页岩气开采致震的研究仍不足够，目前不能确定长宁地震是否是由于页岩气开采导致的。

 

“国外对于页岩气开采诱发的地震做了大量的研究工作，我觉得国内做的还远远不够。一是我们国家在这方面的项目投入不足，另外一个就是对于页岩气开采而言，企业的数据公开程度也不够，这就限制了进一步的研究。比如，如果研究页岩气开采对地下结构的影响，需要知道向地下注了多少水，用什么样的速度去注水。” 刘志坤对《知识分子》表示。

 

日本地质调查所的Xinglin Lei博士亦认为，尽管四川盆地目前的观测台网比较密集，但水压致裂的公开信息非常有限，要构建完整的证据链条，需要不少细致的野外考察。

 

综合来看，页岩气开采是否致震，目前学界主要存在两种声音。一种声音认为是水力压裂诱发了地震；另一种声音指出油田废水的不合理使用才是致震的主要原因。很明显，两种观点都有合理之处，不过依然需要更加详实的证据支撑。中国的页岩气储量世界第一，页岩气无疑是塑造未来能源结构的重要一环，但目前仍然存在许多未知，等待着科研人员进一步的研究。

 

冯可可、魏宇心对本文亦有贡献。

 

 参考资料

[1] https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/browse/stats.php

[2] Ghofrani H，Atkinson GM，Eaton DW，et al.加拿大西部沉积盆地水力压裂与地震活动[J],地震研究快报,2016,87(3):págs.631-647

[3] 何登发, 鲁人齐, 黄涵宇,等. 长宁页岩气开发区地震的构造地质背景[J]. 石油勘探与开发, 2019, 46(5): 1-14.

[4] https://earthquake.usgs.gov/research/induced/myths.php

[5] https://www.nature.com/articles/s41467-019-11029-8

[6] https://baijiahao.baidu.com/s?id=1628250213471212001&wfr=spider&for=pc

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