環境與生態

遍尋誘發地震解決之道

測繪風險高的斷層、減少污水注入、在污水井周圍廣佈地震儀,美國各界研究減緩人為誘發地震,大有進展。

撰文/考區曼(Anna Kuchment)
翻譯/邱淑慧

環境與生態

遍尋誘發地震解決之道

測繪風險高的斷層、減少污水注入、在污水井周圍廣佈地震儀,美國各界研究減緩人為誘發地震,大有進展。

撰文/考區曼(Anna Kuchment)
翻譯/邱淑慧


在美國俄克拉荷馬州、德州、堪薩斯州以及少數其他州,開採油氣引發的地震越來越頻繁,是科學家前所未見。以往每年平均發生一或二次地震的俄克拉荷馬州,2015年發生了將近900次;在此同時,長久認為是全美地震較少的中部與東部,每年的地震次數也由29次激增到超過1000次。


地震造成人員受傷、房屋損壞以及集體訴訟,但由於無法企望能在任何時間點立即停止開採油氣,這些地震活動也就不太可能平息。為了因應這樣的情況,學界研究人員、美國政府、石油公司以及主管機關都採取行動,嘗試減少誘發地震(induced earthquake)的次數與強度,雖然許多問題依然存在,但最近多篇論文與其他研究都顯示這些行動大有進展。


科學家在1960年代就知道,把液體以高壓注入地底會引發地震。多數誘發地震並非由液壓破裂法(hydraulic fracturing)破壞含油氣岩所致,而是與其相關的污水注入過程。例如俄克拉荷馬州的油井,無論是否採用液壓破裂法,每產出一桶油就伴隨湧出超過10桶地下水,石油公司把這些水及其他副產物與石油分離,並經由污水井注回地底以免污染土壤與地表水,但注入污水造成的壓力會抵消斷層間的摩擦力,進而引發地震。然而,俄克拉荷馬州與其他許多州的油氣產量近來達到高峰,加壓注入的污水量也快速增加。


以目前經濟考量的現實面,是否應該持續注入污水依然是難以討論的問題。史丹佛大學的研究人員轉而關注污水井的位置,他們已針對誘發地震風險較高的俄克拉荷馬州與德州測繪出全區的天然地質應力,發現當壓力中度增加,具錯動潛勢的斷層只佔很小的比率。


該團隊發現,相對於地表天然地質應力,最容易因誘發而變得活躍的斷層具有特定的走向。承受關鍵性正應力(即在正確方向上受到足夠天然應力)的斷層,要使其錯動,需要增加的力可能小得驚人。就像放在桌上的積木,如果你從上往下壓,積木不會移動,但若從側面輕推,就會輕易沿桌面滑動。史丹佛大學的博士候選人隆德斯尼(Jens-Erik Lund Snee)表示,這樣的壓力可能小到每平方公分不到一公斤重。去年10月隆德斯尼在《地球物理研究通訊》發表了德州的應力分佈圖,他希望石油公司與主管機關能夠比對這些應力圖與斷層圖,了解哪些地方的污水井最有可能造成地震,然後關閉這些區域內的井。


這項研究有個限制,德州和俄克拉荷馬州的許多地震發生在先前並未測繪出的斷層。石油公司或許可以使用史丹佛團隊的資料,因為比起學界或主管機關,他們通常更加了解地底構造。南美以美大學研究誘發地震的學者戴松(Heather DeShon)認為:「雖然這無法解決問題,但確實朝解決問題邁進了一大步。」


研究人員也調查,在污水井四周密集設置微小地震偵測儀器,有助於石油公司或主管機關在地震增強前迅速採取行動、減少注入的污水量。德州目前正在建置這樣的網絡;同時,有些科學家建議,污水最好只注入因天然斷層而封閉的深處地層;其他專家對於不同區域在誘發地震發生前所能承受的注入壓力,也有更多了解。


當科學家研究務實的解決方法時,俄克拉荷馬州依舊震動不已。當地的地震學家沃爾特(Jake Walter)認為,許多新發現有助於長期抗戰,他則著眼於尋找能在短時間內奏效的解決辦法。俄克拉荷馬州自2015年開始減少注入的污水量以減緩地震,而且某些案例是在鄰近地震區停止注入。雖然去年該州的地震發生率降低,規模卻增強。為什麼呢?有個可能的解釋,如同把水滴到紙巾上,注入污水造成的高壓在地底擴散時,碰到新的或更大的斷層。所以,即使研究有新的進展,沃爾特仍表示:「我們還在試著走出森林。」


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