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    美国页岩气开采与挥之不去的“地震阴影”

    2019-02-27 15:22:18   来源:澎湃新闻

      页岩气开采与诱发地震之间关联的讨论近年来在西方国家屡被提及。尤其是在最早进行页岩气开采,也是规模最大的美国,这一争议话题更是一度被社会各界所关注。页岩气开采中应用的新技术究竟是否会导致地震活动更频繁地发生?页岩气开采和地震之间的关系是怎样的?澎湃新闻对此进行了相关梳理。
      美国开采页岩气的历史
      页岩气,是指蕴藏于地底页岩层中的天然气。而对其进行开采,需要使用一些特殊的技术,包括水力压裂技术——将深直井打到几千米的地下,再向水平方向钻进数百米到上千米,将大量掺入化学物质的高压水流注入页岩层进行液压碎裂,人为造成缝隙、“撬开”岩层,从而让石油或天然气顺着井筒流到地表。
      世界上对页岩气资源的研究和勘探开发最早始于19世纪的美国,然而直到20世纪中期,第一口页岩气井钻才在美国东部进入规模生产,此后页岩气勘探开发区逐渐扩展到储量最丰富的美国中西部。
      长期以来,由于技术限制,页岩气被认为是无法大规模商业开发的资源。 然而面对传统天然气储量的下滑,美国联邦政府对许多替代能源项目进行了投资,其中就包括页岩气开采。1998年,美国Mitchell Energy公司终于成功实现了第一次具有经济效益的页岩压裂,引发了“页岩气革命”。此后,页岩气成为了美国发展最为迅猛的主要能源组成部分。
      2008年前后,美国页岩气产量猛增;2009年,美国以6240亿立方米的产量首次超过俄罗斯成为世界第一大天然气生产国。2000年,美国页岩气产量仅占天然气总量的1%;而到2010年,页岩气所占的比重已超过20%。根据美国能源情报总署(EIA)的统计,2017年全美的页岩气产量约为4620亿立方米,较2016年增长了7%,开采量已占全美天然气开采总量的一半以上。美国能源信息署预测,到2035年,美国46%的天然气供给将来自页岩气。
      而据国际能源署估计,页岩气能够从技术上增加50%的全球可开采天然气储量。随着美国在页岩气开发上的快速发展,世界各国也纷纷开始页岩气开采的研究。
      页岩气技术与地震的关联
      过去十年里,在美国页岩气开采数据“节节攀升”的同时,相关技术的应用是否导致了多处开采地“地震频发”的争论就一直没有停过。
      美国地质调查局(United States Geological Survey)早在2013年的美国地质学年会上就发布报告称,美国中西部地区近十年来的地震频发现象,“几乎可以肯定是人为的”。
      3年后在该机构的另一份报告中,研究人员根据最新发现进一步指出,存在诱发地震活动风险的地区,从高到低包括中西部的奥克拉荷马州、堪萨斯州、得克萨斯州、科罗拉多州、新墨西哥州与阿肯色州等,在上述地区居住的约700万居民身处险境。而这些地区正是美国页岩气开采的主要产区,在历史上,该地区罕有地震发生。
      上述研究指出,与传统存在地震风险的地区如加利福尼亚州相比,上述地区地震风险的最大区别是人为诱因,包括开采石油及天然气时的废水处置。事实上,学术界对于页岩气开采中所采用的水力压裂法和地震之间的关系,以及该技术潜在的其他风险早有研究。最著名的案例便是美国主要页岩油气产地奥克拉荷马州的地震频次提高。
      奥克拉荷马州位于美国中部,远离所有主要断层, 法新社报道称,1975年至2008年,该州每年最多发生3起3.0级以上的地震。但从2009年开始,3级以上地震次数不断猛增。2014年达到创纪录的585起。2016年9月,该州中北部发生5.6级地震,为该州有记录以来最强地震。
      这次地震再次令外界关注油气公司开采页岩时向地底倾注污水,可能引发地震的问题,州政府下令震中附近37个污水井关闭。
      斯坦福大学研究人员在美国《科学进展》杂志上发表的一项研究表明,奥克拉荷马州近几年来地震频发,主要原因是当地企业把用水力压裂法开采油气时产生的大量含盐废水回注到地球深处沉积层。研究人员认为,这种以非自然方式增加的水不断沉积后,可以改变断层的压力,导致断层滑动,继而引发地震。
      就断层会如何被“唤醒”和后果有多严重,科学家们分为两派。一派认为,奥克拉荷马州不会发生规模超过5.0级的中强震;另一派认为,可能发生7.0级强震,足以导致建筑物坍塌。
      “风险在于,把(废)水回注地下后,它就再也不会流出来。这些水被注入以前从未存在的地方,回注的水量越大,影响的区域也越大。我们不清楚长期影响会是怎样。”研究人员指出。
      上述研究并非孤例。去年10月,美国科学家Bridget Scanlon在“ 地震研究快报”上发表论文称,在地质构造中储存采出水所造成的压力增加,提高了了诱发地震的风险。在井内和区域范围内,随着注入水量以及注入速度的增加,这种风险也会增加。
      《纽约时报》2015年的一项报道也显示,一项科学研究将俄亥俄州断层附近的页岩气开采与数十次地震联系起来。这项发表在《美国地震学会公报》的研究表明,水力压裂法在地下形成了压力,会在距离油井半英里(约合800米)的现有断层处造成滑移。
      而美国的地震频发现象也并不是孤例?!痘秩毡ā繁ǖ乐赋?,原本不在地震带上的荷兰最近几年也地震频发,仅2012年,格罗宁根(Groningen)就发生了93次地震,最高为3.2级。而政府研究表明,这与荷兰格罗宁根地区的页岩气生产有关。在加拿大,近年来随着页岩气的开采,小型地震的数量大约每年增加了20-30起。研究人员已经着手研究,试图找出这些增加的微震数量与页岩气开采的关系。
      相关地震研究亟须跟上
      尽管美国石油协会组织曾表示,废液井造成地震的风险比例很低。但不可否认的事实是,随着水力压裂法被广泛使用,全美各地废液井的整体数量正在急剧增长?!痘⒍儆时ā返谋ǖ谰椭赋?,仅得克萨斯州达拉斯地区面临人为诱发地震威胁的几率比2014年提升了10倍。
      上述报道指出,仅在得州废液井就有5万多口,每口井内大约储存着450万加仑的废液。联邦紧急事务管理署估计,一旦该地区发生5.6级以上地震,将会摧毁8万栋建筑,造成堤坝崩溃,导致95亿美元的经济损失。
      “我们需要来自能源开采行业的相关信息做出更好的预测,查明危害,使得政策制定者能够决定该怎么做。与此同时,我们也要帮助大家认识到面临诱发地震的风险,人们需要采取预防措施,如加固建筑物或改变保险费率等,但可能需要数年时间。”美国地质调查局地震灾害专家彼得森说道。
      过去几年,美国的页岩气革命几乎重塑了美国的能源版图。 2015年,美国解除了延续40年之久的原油出口禁令,国内的页岩气开发持续增长,一改长期以来美国在全球能源市场上“买家”的身份,转换成为一个实力派“卖家”。 美国页岩气革命的成功对全球能源供应及诸多行业产生了深远影响,也由此引发全球页岩气开发浪潮。
      然而,美国开采页岩气的水力压裂法被美国地质调查局认为可能引发地震。尽管目前仍难判断“页岩气开采引发地震”这一说法的科学性,但对世界其他从事页岩气开采的国家而言,这或是一个及时的警钟,与页岩气开采相关的地震研究亟须跟上。

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