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撰文 | 楊 朔
責編 | 夏志堅
四川省長寧縣，頁岩氣開發的熱土，中國首個國家級頁岩氣示範區長寧-威遠國家級頁岩氣產業示範區所在地之一。8月13日，長寧發生了一次4.1級的地震，而自2019年6月17日起，該縣已經發生36次地震，其中四級以上的地震9次。
在美國，頁岩氣開發的重點區域俄克拉荷馬州同樣地震頻發。2010年俄克拉荷馬發生了41次三級以上的地震，而到了2015年，該地區三級以上地震已經飆升到了888次 [1]。
一時間，人們對於頁岩氣的開採是否誘發了長寧頻繁的地震產生疑問。
在頁岩氣開發過程中，通常需要用到水力壓裂技術，即向地下注入高壓流體，壓裂岩石，為頁岩氣的運移提供更多的流動通道。網上的一些評論稱，開採頁岩氣時，水力壓裂破壞了地層穩定的應力狀態，從而誘發了地震。
然而，事實是否果真如此？
1.地震頻發都是水力壓裂惹的禍？
水力壓裂是否會誘發中等強度的地震，學術界對此並未取得共識。
Hadi Ghofran 等學者指出，頁岩的壓裂會誘發作業地區中等強度的地震，特別是美國中部，像俄亥俄州、俄克拉荷馬州地震頻發和頁岩氣的開採作業有著密切的聯繫 [2]。
不過也有人表示，儘管壓裂時的高壓流體會在某些方向上導致地層岩石發生破裂，但產生的影響微乎其微，不足以誘發中等強度的地震。此外，水力壓裂的作業區域一般在地下2000-3000米處，而震源往往深得多，二者之間並不能簡單地建立因果關係。
值得一提的是，6月18日，在中國地震台網中心召開的 「四川長寧6.0級地震專家集體訪談」 活動上，中國地震台網中心主任王海濤表示，目前尚無充分證據證明此次地震與水壩、頁岩氣開採有關。有學者表示，從地震學角度來說，目前對誘發地震是否能夠引起中等強度以上地震仍不清楚 [3]。
2.油田廢水，誘發地震的另一「嫌犯」？
在學者關於水力壓裂是否導致地震爭論不休時，有人將目光投向了注入地層的廢水。
有研究發現，除了壓裂可能導致地震外，開發過程中向地層注入的廢水也可能致震。美國聯邦地質調查局指出，頁岩氣開採的水力壓裂不是產生誘發地震的主要原因，石油和天然氣開採過程中產生的廢液被增壓注入或直接注入廢水井，是產生大部分誘發地震的主要原因[4]。
在美國發生地震最多的俄克拉荷馬州，只有1-2％的地震與水力壓裂作業有關，剩餘的地震則是由廢水處理引起的。在《自然-通訊》雜誌上，Ryan M. Pollyea 等人發表了《高密度油田廢水處理導致更深、更強、更持久的地震》（High density oilfield wastewater disposal causes deeper, stronger,and more persistent earthquakes）一文呼應了上述觀點，作者研究發現，由於高壓泵入地層的廢水和岩石流體之間存在密度差，可能會導致壓力瞬變，從而致震 [5]。
不過也有人表示，該結論可能並不符合中國的實際情況 [6]。在美國，河流較多，水資源獲取方便，人們會將水力壓裂產生的廢水收集起來，再從別的地方集中注入地層。而中國的頁岩氣開採環境條件惡劣，多數是丘陵地區，實際的工作區域多在山上，水的運輸成本很高，所以這些水都要經過處理，循環利用，並不會出現上述現象，所以無法簡單斷定是油田廢水誘發了地震。
中國地質大學地球物理與信息技術學院的副教授劉志坤認為，與國外相比，國內關於頁岩氣開採致震的研究仍不足夠，目前不能確定長寧地震是否是由於頁岩氣開採導致的。
「國外對於頁岩氣開採誘發的地震做了大量的研究工作，我覺得國內做的還遠遠不夠。一是我們國家在這方面的項目投入不足，另外一個就是對於頁岩氣開採而言，企業的數據公開程度也不夠，這就限制了進一步的研究。比如，如果研究頁岩氣開採對地下結構的影響，需要知道向地下注了多少水，用什麼樣的速度去注水。」 劉志坤對《知識分子》表示。
日本地質調查所的Xinglin Lei博士亦認為，儘管四川盆地目前的觀測台網比較密集，但水壓致裂的公開信息非常有限，要構建完整的證據鏈條，需要不少細緻的野外考察。
綜合來看，頁岩氣開採是否致震，目前學界主要存在兩種聲音。一種聲音認為是水力壓裂誘發了地震；另一種聲音指出油田廢水的不合理使用才是致震的主要原因。很明顯，兩種觀點都有合理之處，不過依然需要更加詳實的證據支撐。中國的頁岩氣儲量世界第一，頁岩氣無疑是塑造未來能源結構的重要一環，但目前仍然存在許多未知，等待著科研人員進一步的研究。
馮可可、魏宇心對本文亦有貢獻。
參考資料
[1] https://earthquake.usgs.gov/earthquakes/browse/stats.php
[2] Ghofrani H，Atkinson GM，Eaton DW，et al.加拿大西部沉積盆地水力壓裂與地震活動[J],地震研究快報,2016,87(3):págs.631-647
[3] 何登發, 魯人齊, 黃涵宇,等. 長寧頁岩氣開發區地震的構造地質背景[J]. 石油勘探與開發, 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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