美国页岩气开采导致地震频发早已经敲响(图)

美国页岩气开采引发的地震频发，已经为页岩气开发敲响了警钟

在2013年4月16日的美国地质学会年会上，美国地质调查局发布报告称，过去十年美国中西部频繁发生地震，“几乎可以肯定是人为造成的” ”。

根据美国地质调查局的数据，自 2001 年以来，从阿拉巴马州到落基山脉北部的美国中西部地区经常发生地震。仅2009年，该地区就发生3级及以上地震50次； 2010年发生3级及以上地震87次；

上述报告认为，石油和天然气钻探活动是该地区频繁地震的主要原因。其中，页岩气开发中采用的水力压裂法以及该法所涉及的污水处理井尤为值得关注。

这份报告是迄今为止对水力压裂与地震之间联系的世界上最权威的解释。报告发布后，美国公众再次对页岩气水力压裂的环境地质影响展开了激烈的讨论。此前，对页岩气开发的批评主要集中在淡水消耗和水污染上。

页岩气开采引发的地震与美国相去甚远，但与中国不无关系。

近年来，中国正在效仿美国，试图发动“页岩气革命”。根据国家发改委印发的《页岩气发展规划（2011-2015年）》，中国正努力实现页岩气商业产量从零到1000亿立方米的跨越。美国地质调查局认为会引起地震的水力压裂法是未来中国页岩气开采的主流技术。

值得注意的是，中国近40%的页岩气资源储存在中国西南地区，包括四川盆地和云贵高原。近年来，地震频发，给该地区人民的生活蒙上了一层阴影。

一些地质学家也对中国政府的页岩气开发计划表达了谨慎的担忧：一旦在人口稠密、地质活跃的西南地区开始大规模页岩气开发，将不得不面临潜在的地震风险。

业内人士透露，地震风险评估尚未进入中国页岩气商业开发可行性评估领域。

危险并不遥远，是时候提前计划了。

地震国际纠纷

水力压裂是在高压下向油气藏中注入压裂液（99%水，添加少量添加剂），从而压裂岩层获得油气资源的油气开采方法。

1948 年，俄克拉荷马州进行了世界上第一次压裂实验。此后，水力压裂技术在工业中得到广泛应用。然而，美国直到 2000 年才正式规范水力压裂作业，对其环境影响的研究要晚得多。

目前，水力压裂仍是获取页岩气的唯一途径。

页岩气是储存在地壳页岩层中的天然气。由于页岩块的渗透性有限，流入井筒的气流受到限制。释放页岩中所含气体的唯一方法是通过水力压裂产生有效的渗透率。

原则上，水力压裂会破坏井下的页岩，这本身会引发微小的地震。但这些地震的震级很小，一般在3级以下中国页岩气开采，不会对地表建筑物产生太大的直接影响，也不容易被人察觉。

奥斯汀？荷兰（Austin Holland）告诉财新记者，水力压裂造成小地震，这在一些国家已经得到证实。

位于加拿大西部不列颠哥伦比亚省的霍恩河流域，水力压裂已引发一系列3级及以上地震，最大震级达到3.8级。

2.3 和 1.5 级地震分别于 2011 年 4 月和 5 月在英格兰兰开夏郡发生。根据英国地质调查局发布的调查报告，两次地震都是由 Quadrilla Resources 在水力压裂作业中高压注入压裂液引发的。

从2011年5月开始，英国政府决定暂停使用水力压裂技术开发页岩气，英国公众也对是否继续开发页岩气展开了激烈的争论。

由于对未知风险持谨慎态度，法国、瑞士、保加利亚和美国新泽西州等部分国家和地区政府仍在暂停境内页岩气勘探活动。

然而，长期以来，科学界一直在争论水力压裂和地下注水引发地震的风险。根据波兰国家地质研究所2012年发布的页岩气钻井和水力压裂环境影响评价报告，水力压裂不会造成空气污染，只是在允许范围内会暂时增加噪声。不会影响地表水和地下水的水质，不会引起地震。

2013 年 12 月，英国能源与气候变化部 (DECC) 批准重启页岩气生产，同时警告未来仍有更多地震风险。

中国注水地震

中国页岩气仍处于试产阶段，尚未进入商业化生产。然而，中国学者对高压地下水注入引发的地震问题并不陌生。这种人为地震的原理与页岩气水力压裂的原理非常相似。

自1970年代以来，中国研究人员已观察到华北任丘油田、山东胜利油田、重庆荣昌地区采气注水、长宁注水等工业活动诱发的地震现象四川盐矿。

四川盆地自贡和荣昌，

研究人员对洪水引发的地震进行了详细研究。

根据张志伟等人发表的论文。来自四川省地震局2012年5月地球物理杂志，2009年1月，位于四川省自贡市大安区牛佛镇与隆昌县黄江场镇交界处的一处天然气开采作业在空废井“嘉33井”，在注入井周围区域注入人工加压废水后，立即出现显着小震增强的异常现象。和4.2次地震，每月可观测到160余次小地震。

随着当地政府的介入，“嘉33井”的注水量开始下降。在接下来的两个月里，地震的频率和震级有所下降。

分析表明，在注水压力不断增加的背景下，注水井周边地区的地震活动强度、频率和注水量具有良好的对应关系，与加压注水是造成上述地震的主要原因。

张志伟等指出，注水井的持续加压导致地下岩层节理裂隙扩大，在水的润滑下，出现更多的微裂缝，导致小地震。这些地震都是浅层地震，甚至两次4级以上的地震，震源深度也只有5公里和4公里。

在位于四川盆地东缘的重庆荣昌地区，研究人员还研究了水淹地震。

荣昌的地震活动本来就很弱，历史上没有5级以上的地震记录。然而，自1980年代后期以来，随着工业部门通过废弃井回灌天然气开采和生产产生的废水，该地区的地震活动开始显着增加，地震震级逐渐增加。

据重庆地震局、中国地震局地质研究所和日本地质调查局联合研究，过去20年来，荣昌地区已观测到3万余次地震，其中2次地震5级及以上，4级及以上。将近20次。

荣昌地区已成为重庆地震最活跃的地区之一。其中，1997年和2010年分别在注水活动集中的污水回灌井附近发生5.4和5.1级地震。

这些地震还具有浅源特征，大部分在2000-3000米左右，部分微震甚至小于1公里。

在荣昌县长垣、常州等地区，当地居民经常能感受到地震，而且地震伴随着门窗声。多起4级及以上地震还造成广顺街和安福镇房屋倒塌、绊倒和停电。有些人还听到了地面的隆隆声。

参与荣昌地区注水地震研​​究的日本地质调查局研究员雷兴林告诉财新记者，水力压裂肯定会产生微震，但微震或大地震取决于当地是否有发生大地震的地质条件。

雷兴林指出，水力压裂和地下水注入诱发地震的原理其实是一样的。无论是水力压裂还是地下水注入，是否触发大地震，取决于在其压力影响范围内是否存在较大地震。大地震的结构表面。构造面尺寸、应力状态、注水引起的压力变化是影响震级的主要因素。

他强调，虽然页岩本身是一种渗透率较低、塑性比较强的岩石，其压裂本身不会引起太大的地震，但如果水力压裂造成断层切断或到达页岩层，还是有触发因素的。 或者有可能诱发更大的地震，而诱发地震的震级没有上限。

也就是说，虽然页岩本身没有破碎到足以引起大地震，但如果有断层贯穿页岩，水力压裂的压力可以沿着断层扩散到其他区域。

一般来说，注水压力越高，注水时间越长，注水的影响范围越大，打大断层的可能性就越大，发生大断层的风险也越大。地震。

前面提到的美国地质学家奥斯汀？霍兰德还指出，诱发地震的最大因素是该地点的原始地质和应力条件。因此，在活动地质构造中进行水力压裂和高压注水活动时，应更加谨慎。水力压裂井和污水处理井都应尽量避免碎片化。

“从四川盆地、云南、贵州、广西等地的油气底层和构造特征来看，大规模开采时发生震级较高的诱发地震风险普遍较大。如果深井补给或地下注水，无疑会增加诱发地震的风险。”雷兴林说。

页岩气报警

根据美国能源信息署 2011 年的估计，中国拥有 1,275 万亿立方英尺（约 36.1 万亿立方米）的技术可利用的页岩气资源，超过美国和加拿大的总和。

然而，中国近40%的页岩气资源分布在西南地区，覆盖四川、重庆、云南、贵州、广西等省市。这些地方储存了大约 10 万亿立方米的页岩气。

与美国大部分页岩气资源蕴藏在3000米以下海相页岩层的情况不同，西南地区优质页岩气资源主要分布在3000-5000米的陆相页岩层中米地下。

页岩气资源分布在美国，地表条件优越，地势平坦，地广人稀。中国西南地区地形复杂，地势高差大，人口密集。大规模钻探不仅会干扰人口密集地区，还会增加当地对基础设施的需求，更容易诱发山体滑坡等地质灾害。

根据国际能源署的数据，页岩气开发所需的压裂井数量是常规油气资源的 10 倍，钻井和生产作业对地面的影响更大。

奥斯汀？霍兰德告诉财新记者，虽然水力压裂和高压注水活动导致大地震是小概率事件，但并不意味着不可能。因此，有必要充分证明和监测这些可能的地震风险。

据雷兴林介绍，对于人为地震活动，基于探测数据的实时概率预测是可行的。大多数情况下，停止注水后，地震活动会迅速衰减并消失，尤其是在川南地区。

但雷兴林指出，由于相关公司对油气开采和注水作业的数据保密，研究人员往往要等到小地震或中地震频发时才介入研究。

“如果我们能提前合作，研究人员将对水力压裂井和注水井周围的地震活动进行强化观测，跟踪注入流体的去向，评估压力是否正在向大断层扩散，并统计预测可能性当判断有诱发大地震的危险时，企业可以通过改变注水压力和注水方式，及时预防大地震的发生。”雷杏林说。

财新记者了解到，迄今为止，我国页岩气开发还没有采用地下水注入来处理废水。重庆和陕西的小规模页岩气试采活动均采用水处理法处理废水。但对于未来大规模开采后页岩气废水的处理方法，业内尚无定论。

一位国外页岩气运营商的顾问告诉财新记者，页岩气开发对环境的影响本身就是一个非常敏感的话题，公开讨论的并不多。究其原因，国内页岩气开发规模有限，环境影响还不突出。 “但这并不是说没有问题中国页岩气开采，只是没有规模，”他补充道。

一位中石化内部人士告诉财新记者，目前国内相关企业确实没有正式将页岩气开采诱发地震作为问题进行讨论。他认为，即使是在刚刚发生雅安地震的四川省，也不可能“谈震”。

“美国每年新增1万到2万口井，都是水力压裂。如果（地震）问题那么严重，这样的大规模钻井就不会继续下去了。”上面的人说。

中石化石油勘探开发研究院高级工程师鲍树静坦言，目前页岩气商业开采环评确实没有考虑地震风险，主要是因为主流观点认为人工压裂量和天然压力是非常不同的。不过，鲍树静说，“如果水力压裂是[引发]地震的最后一根稻草，那么这种可能性也是可能的。”

包树静认为，在页岩气开采环境影响评价中应标明可能发生的地震风险，并将地震风险纳入环境影响评价中。

雷兴林建议，油气公司地下作业和注水活动的环境影响评价应由中立的第三方机构进行；在国家和政府层面，也应该有相应的监管机制。有效监控工作活动的安全性。

“在优先考虑经济的前提下，中国在上述方面落后是可以理解的，但是（相关工作）是必须要做的。”雷杏林说。