釋新聞丨美國頁岩氣開採與揮之不去的“地震陰影”
2019年02月26日22:22

原標題:釋新聞丨美國頁岩氣開採與揮之不去的“地震陰影”

頁岩氣開採與誘發地震之間關聯的討論近年來在西方國家屢被提及。尤其是在最早進行頁岩氣開採,也是規模最大的美國,這一爭議話題更是一度被社會各界所關注。頁岩氣開採中應用的新技術究竟是否會導致地震活動更頻繁地發生?頁岩氣開採和地震之間的關係是怎樣的?澎湃新聞(www.thepaper.cn)對此進行了相關梳理。

美國開採頁岩氣的曆史

頁岩氣,是指蘊藏於地底頁岩層中的天然氣。而對其進行開採,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,再向水平方向鑽進數百米到上千米,將大量摻入化學物質的高壓水流注入頁岩層進行液壓碎裂,人為造成縫隙、“撬開”岩層,從而讓石油或天然氣順著井筒流到地表。

世界上對頁岩氣資源的研究和勘探開發最早始於19世紀的美國,然而直到20世紀中期,第一口頁岩氣井鑽才在美國東部進入規模生產,此後頁岩氣勘探開發區逐漸擴展到儲量最豐富的美國中西部。

長期以來,由於技術限製,頁岩氣被認為是無法大規模商業開發的資源。 然而面對傳統天然氣儲量的下滑,美國聯邦政府對許多替代能源項目進行了投資,其中就包括頁岩氣開採。1998年,美國Mitchell Energy公司終於成功實現了第一次具有經濟效益的頁岩壓裂,引發了“頁岩氣革命”。此後,頁岩氣成為了美國發展最為迅猛的主要能源組成部分。

2008年前後,美國頁岩氣產量猛增;2009年,美國以6240億立方米的產量首次超過俄羅斯成為世界第一大天然氣生產國。2000年,美國頁岩氣產量僅占天然氣總量的1%;而到2010年,頁岩氣所占的比重已超過20%。根據美國能源情報總署(EIA)的統計,2017年全美的頁岩氣產量約為4620億立方米,較去年增長了7%,開採量已占全美天然氣開採總量的一半以上。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岩氣。

而據國際能源署估計,頁岩氣能夠從技術上增加50%的全球可開採天然氣儲量。隨著美國在頁岩氣開發上的快速發展,世界各國也紛紛開始頁岩氣開採的研究。

頁岩氣技術與地震的關聯

過去十年里,在美國頁岩氣開採數據“節節攀升”的同時,相關技術的應用是否導致了多處開採地“地震頻發”的爭論就一直沒有停過。

美國地質調查局(United States Geological Survey)早在2013年的美國地質學年會上就發佈報告稱,美國中西部地區近十年來的地震頻發現象,“幾乎可以肯定是人為的”。

3年後在該機構的另一份報告中,研究人員根據最新發現進一步指出,存在誘發地震活動風險的地區,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,在上述地區居住的約700萬居民身處險境。而這些地區正是美國頁岩氣開採的主要產區,在曆史上,該地區罕有地震發生。

上述研究指出,與傳統存在地震風險的地區如加利福尼亞州相比,上述地區地震風險的最大區別是人為誘因,包括開採石油及天然氣時的廢水處置。事實上,學術界對於頁岩氣開採中所採用的水力壓裂法和地震之間的關係,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岩油氣產地奧克拉荷馬州的地震頻次提高。

奧克拉荷馬州位於美國中部,遠離所有主要斷層, 法新社報導稱,1975年至2008年,該州每年最多發生3起3.0級以上的地震。但從2009年開始,3級以上地震次數不斷猛增。2014年達到創紀錄的585起。2016年9月,該州中北部發生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採頁岩時向地底傾注汙水,可能引發地震的問題,州政府下令震中附近37個汙水井關閉。

斯坦福大學研究人員在美國《科學進展》雜誌上發表的一項研究表明,奧克拉荷馬州近幾年來地震頻發,主要原因是當地企業把用水力壓裂法開採油氣時產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後,可以改變斷層的壓力,導致斷層滑動,繼而引發地震。

就斷層會如何被“喚醒”和後果有多嚴重,科學家們分為兩派。一派認為,奧克拉荷馬州不會發生規模超過5.0級的中強震;另一派認為,可能發生7.0級強震,足以導致建築物坍塌。

“風險在於,把(廢)水回注地下後,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,影響的區域也越大。我們不清楚長期影響會是怎樣。”研究人員指出。

上述研究並非孤例。去年10月,美國科學家Bridget Scanlon在“ 地震研究快報”上發表論文稱,在地質構造中儲存采出水所造成的壓力增加,提高了了誘發地震的風險。在井內和區域範圍內,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年的一項報導也顯示,一項科學研究將俄亥俄州斷層附近的頁岩氣開採與數十次地震聯繫起來。這項發表在《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)的現有斷層處造成滑移。

而美國的地震頻發現象也並不是孤例。《華爾街日報》報導指出,原本不在地震帶上的荷蘭最近幾年也地震頻發,僅2012年,格羅寧根(Groningen)就發生了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的頁岩氣生產有關。在加拿大,近年來隨著頁岩氣的開採,小型地震的數量大約每年增加了20-30起。研究人員已經著手研究,試圖找出這些增加的微震數量與頁岩氣開採的關係。

相關地震研究亟需跟上

儘管美國石油協會組織曾表示,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量正在急劇增長。《華盛頓郵報》的報導就指出,僅得克薩斯州達拉斯地區面臨人為誘發地震威脅的幾率比2014年提升了10倍。

上述報導指出,僅在得州廢液井就有5萬多口,每口井內大約儲存著450萬加侖的廢液。聯邦緊急事務管理署估計,一旦該地區發生5.6級以上地震,將會摧毀8萬棟建築,造成堤壩崩潰,導致95億美元的經濟損失。

“我們需要來自能源開採行業的相關信息做出更好的預測,查明危害,使得政策製定者能夠決定該怎麼做。與此同時,我們也要幫助大家認識到面臨誘發地震的風險,人們需要採取預防措施,如加固建築物或改變保險費率等,但可能需要數年時間。”美國地質調查局地震災害專家彼得森說道。

過去幾年,美國的頁岩氣革命幾乎重塑了美國的能源版圖。 2015年,美國解除了延續40年之久的原油出口禁令,國內的頁岩氣開發持續增長,一改長期以來美國在全球能源市場上“買家”的身份,轉換成為一個實力派“賣家”。 美國頁岩氣革命的成功對全球能源供應及諸多行業產生了深遠影響,也由此引發全球頁岩氣開發浪潮。

然而,美國開採頁岩氣的水力壓裂法被美國地質調查局認為可能引發地震。儘管目前仍難判斷“頁岩氣開採引發地震”這一說法的科學性,但對世界其他從事頁岩氣開採的國家而言,這或是一個及時的警鍾,與頁岩氣開採相關的地震研究亟需跟上。

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