頁巖氣開采與誘發(fā)地震之間關聯(lián)的討論近年來在西方國家屢被提及。尤其是在最早進行頁巖氣開采，也是規(guī)模最大的美國，這一爭議話題更是一度被社會各界所關注。頁巖氣開采中應用的新技術究竟是否會導致地震活動更頻繁地發(fā)生？頁巖氣開采和地震之間的關系是怎樣的？
美國開采頁巖氣的歷史
頁巖氣，是指蘊藏于地底頁巖層中的天然氣。而對其進行開采，需要使用一些特殊的技術，包括水力壓裂技術——將深直井打到幾千米的地下，再向水平方向鉆進數(shù)百米到上千米，將大量摻入化學物質(zhì)的高壓水流注入頁巖層進行液壓碎裂，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世紀的美國，然而直到20世紀中期，第一口頁巖氣井鉆才在美國東部進入規(guī)模生產(chǎn)，此后頁巖氣勘探開發(fā)區(qū)逐漸擴展到儲量最豐富的美國中西部。
長期以來，由于技術限制，頁巖氣被認為是無法大規(guī)模商業(yè)開發(fā)的資源。 然而面對傳統(tǒng)天然氣儲量的下滑，美國聯(lián)邦政府對許多替代能源項目進行了投資，其中就包括頁巖氣開采。1998年，美國Mitchell Energy公司終于成功實現(xiàn)了第一次具有經(jīng)濟效益的頁巖壓裂，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)美國能源情報總署（EIA）的統(tǒng)計，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，頁巖氣能夠從技術上增加50%的全球可開采天然氣儲量。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。
頁巖氣技術與地震的關聯(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，相關技術的應用是否導致了多處開采地“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)學年會上就發(fā)布報告稱，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年后在該機構(gòu)的另一份報告中，研究人員根據(jù)最新發(fā)現(xiàn)進一步指出，存在誘發(fā)地震活動風險的地區(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)存在地震風險的地區(qū)如加利福尼亞州相比，上述地區(qū)地震風險的最大區(qū)別是人為誘因，包括開采石油及天然氣時的廢水處置。事實上，學術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系，以及該技術潛在的其他風險早有研究。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，遠離所有主要斷層， 法新社報道稱，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年達到創(chuàng)紀錄的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地震。
這次地震再次令外界關注油氣公司開采頁巖時向地底傾注污水，可能引發(fā)地震的問題，州政府下令震中附近37個污水井關閉。
斯坦福大學研究人員在美國《科學進展》雜志上發(fā)表的一項研究表明，奧克拉荷馬州近幾年來地震頻發(fā)，主要原因是當?shù)仄髽I(yè)把用水力壓裂法開采油氣時產(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，導致斷層滑動，繼而引發(fā)地震。
就斷層會如何被“喚醒”和后果有多嚴重，科學家們分為兩派。一派認為，奧克拉荷馬州不會發(fā)生規(guī)模超過5.0級的中強震；另一派認為，可能發(fā)生7.0級強震，足以導致建筑物坍塌。
“風險在于，把（廢）水回注地下后，它就再也不會流出來。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，美國科學家Bridget Scanlon在“ 地震研究快報”上發(fā)表論文稱，在地質(zhì)構(gòu)造中儲存采出水所造成的壓力增加，提高了了誘發(fā)地震的風險。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，這種風險也會增加。
《紐約時報》2015年的一項報道也顯示，一項科學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。這項發(fā)表在《美國地震學會公報》的研究表明，水力壓裂法在地下形成了壓力，會在距離油井半英里(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》報道指出，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。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系。
相關地震研究亟需跟上
盡管美國石油協(xié)會組織曾表示，廢液井造成地震的風險比例很低。但不可否認的事實是，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?！度A盛頓郵報》的報道就指出，僅得克薩斯州達拉斯地區(qū)面臨人為誘發(fā)地震威脅的幾率比2014年提升了10倍。
上述報道指出，僅在得州廢液井就有5萬多口，每口井內(nèi)大約儲存著450萬加侖的廢液。聯(lián)邦緊急事務管理署估計，一旦該地區(qū)發(fā)生5.6級以上地震，將會摧毀8萬棟建筑，造成堤壩崩潰，導致95億美元的經(jīng)濟損失。
“我們需要來自能源開采行業(yè)的相關信息做出更好的預測，查明危害，使得政策制定者能夠決定該怎么做。與此同時，我們也要幫助大家認識到面臨誘發(fā)地震的風險，人們需要采取預防措施，如加固建筑物或改變保險費率等，但可能需要數(shù)年時間?！泵绹刭|(zhì)調(diào)查局地震災害專家彼得森說道。
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)換成為一個實力派“賣家”。 美國頁巖氣革命的成功對全球能源供應及諸多行業(yè)產(chǎn)生了深遠影響，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”這一說法的科學性，但對世界其他從事頁巖氣開采的國家而言，這或是一個及時的警鐘，與頁巖氣開采相關的地震研究亟需跟上。
主辦單位：中國電力發(fā)展促進會 網(wǎng)站運營：北京中電創(chuàng)智科技有限公司 國網(wǎng)信通億力科技有限責任公司 銷售熱線：400-007-1585
項目合作：400-007-1585 投稿：63413737 傳真：010-58689040 投稿郵箱：yaoguisheng@chinapower.com.cn
《 中華人民共和國電信與信息服務業(yè)務經(jīng)營許可證 》編號：京ICP證140522號 京ICP備14013100號 京公安備11010602010147號
