科学家发现浅层废水注入会引发产烃区域的深层地震活动

导读：来自弗吉尼亚理工大学的地球科学家（geoscientists）发现，浅层废水注入而不是深层废水注入，可以推动非常规油气生产领域的大范围深层地震活动。

在一篇最新发表的论文中，来自弗吉尼亚理工大学的地球科学家（geoscientists）发现，浅层废水注入而不是深层废水注入，可以推动非常规油气生产领域的大范围深层地震活动。卤水 (Brine)是石油和天然气生产中的一种有毒废水副产品。

弗吉尼亚理工大学理学院地球科学系的博士后研究科学家、加州大学伯克利分校的访问助理研究员 Guang Zhai 表示，钻井工人通过将盐水注入地下地层来处理大量的盐水，其注入会引起地震。

这些发现出现在2021年5月10日出版的《美国国家科学院院刊》上。与 Zhai 一起撰写该论文的还有弗吉尼亚理工大学地球科学副教授Manoochehr Shirzaei，以及伯克利大学地球和行星科学系教授兼主任Michael Manga。在美国能源部资助的研究中，该团队专注于德克萨斯州西部的特拉华盆地，这是美国产量最高的非常规油气田之一。

自2010年以来，该盆地经历了浅层废水注入的显著增加和广泛的深层地震，包括最近在德克萨斯州Mentone附近发生的5.0级事件。大多数地震相对较小，但有些地震规模较大，有广泛的震感。

Zhai 表示：“相当有趣的是，尽管水力连接极少，但在厚实的整体低渗透页岩储层上方的注入可以诱发深基底内的地震。所谓的多弹性应力可以激活基底断层，这是源于流体注入导致岩石变形”。

多孔弹性是流体流动和多孔地层内固体变形之间的相互作用。Shirzaei 说：“这一发现很有意义，因为它将多孔弹性应力作为盆地范围内地震的主要驱动力置于聚光灯下”，他也是弗吉尼亚理工大学全球变化中心的一名附属教员。

然而，预测废水注入的地震活动量是有问题的，因为它涉及众多变量，其中之一是注入深度，Zhai说。尽管众所周知，深层注入导致的流体压力增加是最近美国中部和东部地震活动增加的主要原因，但浅层注入究竟是如何导致地震的，仍是一个问题。

在研究过程中，该团队研究了不同数量的注入盐水如何扰动特拉华盆地下深处的地壳应力，以及这些扰动如何导致特定断层的地震。Zhai补充说："像盐水和天然地下水这样的流体既可以储存，也可以在多孔的岩石中移动"。

在这次调查中，研究人员分析了不同注水量对特拉华盆地深处地壳应力的扰动以及扰动与特定断层地震的关系。Zhai说：“卤水和天然地下水等流体具有储存性，并能通过多孔岩石运移。”通过数据分析和计算机建模，研究人员发现，盆地范围内的地震主要发生在浅层注入导致深层应力增加的区域。这意味着在深层地震和通过弹性应力传递的浅层流体注入之间存在因果关系。

加州大学伯克利分校教授Michael Manga说：“深层应力变化对浅层含水层性质非常敏感，尤其是水力扩散系数，它描述了流体在多孔介质中流动的难易程度。问题在于，为什么部分有大量浅层注入的地区并没有多发地震？我们提供了一种方法来调查控制诱发地震的其他重要因素。”。