告知称水力压裂开荒引发小圈圈地震,川南页岩

报告称水力压裂开采引发小规模地震

涨知识|川南页岩气开采要为地震频发负直接责任吗?

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两天内接连发生三次4级以上地震后,四川省自贡市荣县叫停当地页岩气开采作业。页岩气的勘探开采会增加地震风险吗?答案是肯定的,这一观点在学术界基本已得到统一。但单就荣县近日的三次地震而言,目前尚没有充足的理由和数据得出“由页岩气开发导致”的结论。

今年早些时候发生在英国的两场小规模地震可能由水力压裂法导致。

页岩气开发之所以易诱发地震,要从其特殊的开采方式说起。

本报讯 根据11月2日发布的一份报告,在今年早些时候晃动英格兰东北部兰开夏郡海岸以及附近黑谭市的两场小规模地震可能是由水力压裂法导致的——这是当时在附近的页岩天然气井钻探中使用的一种页岩天然气开采技术。今年3月,能源公司“Cuadrilla资源”正在距离地震中心500米的地方开展一项实验性钻探。

顾名思义,页岩气是从页岩层中开采出来的天然气,主体位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中,是一种非常规天然气。经过上亿年沉积演化后,天然气以吸附或游离状态储存、“幽禁”在页岩的孔隙里。页岩既是天然气生成的源岩,也是聚集和保存天然气的储层和盖层。

水力压裂法因为其潜在的健康和环境影响而曾在一些国家引发担忧——批评者指责这项技术用于开采的气体和化学物质会污染饮用水,并且它在一些国家和美国的一些州被禁止采用。“Cuadrilla资源”是英国第一家进行水力压裂法钻探的公司。

为了将这些藏匿于缝隙中的油气“挤出”,须采用水力压裂技术——开采页岩资源通常要先打直井到几千米的地下,再向水平方向钻进数百米到上千米,并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。数十年来,水力压裂法在北美的普及助推了北美页岩油气繁荣,由此带来的海量页岩气在拉低北美气价的同时也让美国成为天然气净出口国。这一技术同样被应用在四川地区的页岩气开采中。

在地质学家指出可能是“Cuadrilla资源”导致了这两场地震后,该公司委托独立的专家就这一问题撰写了报告。在题为《Bowland页岩地震活动地质力学研究》的报告中,研究人员推断地震由“Cuadrilla资源”公司的水力压裂法引发的“可能性非常大”——这种向岩石中注入的高压液体为的就是使前者发生断裂,进而释放出页岩气体。

四川盆地是国内天然气最富集的三大盆地之一。该地区页岩气埋藏深度比较深,一般在2000米到3000米之间,荣县地区位于“长宁—荣县—威远国家级页岩气产业示范区”范围内,是四川盆地内页岩气的最佳储层区。

并未参与该报告撰写的英国地质调查局的地震学家Brian Baptie表示,这是第一次证明水力压裂法能够引发地震,尽管这并不让人感到十分惊讶。向页岩中输入液体废物以及石油钻探之前也曾导致过小型地震。Baptie解释说,液体注入能够在岩石中形成小的裂纹,从而可使它们彼此间更容易滑动,在某种意义上“润滑”了它们。这份报告指出,“Cuadrilla资源”引发的这次地震发生在一个已经变形的断层附近。液体在注入10小时后经过传播最终导致了地震。

据四川日报报道,荣县发科局发言人在2月25日晚间举行的发布会上介绍了荣县页岩气开发项目情况:截至目前,荣县境内已新建15个平台,39口井开钻,其中25口已完钻,10口投产。先期开发主要在荣县旭阳镇、双石镇、望佳镇、过水镇、高山镇、乐得镇6个乡镇,均距荣县主城区5-10千米范围内,井深垂直3.4千米,水平走向1.7千米。

随着在4月1日发生的2.3级地震以及在5月27日发生的1.5级地震,“Cuadrilla资源”于5月31日自动停止了钻探和水力压裂操作。钻探作业之后又告恢复,但由于抗议者的原因又于11月2日停工——这些人因为之前在伦敦召开的水力压裂会议所产生的担忧而爬到了兰开夏郡的钻探塔顶上。至于是否继续在这里进行水力压裂仍有待确定——“Cuadrilla资源”的发言人Stephen Smith表示,该公司将在任意时间自行恢复运作,他们目前正在等待对这份报告的反应,并将与政府的建议保持一致。

2月24日、25日两天,荣县连续发生三起地震,震级分别为4.7级、4.3级、4.9级,震源深度均为5千米。从震源深度来看,与官方披露的页岩气开采深度并不一致。单从这个角度而言,很难判定地震与页岩气开采有直接的关系,两者的关联性仍待详细数据支撑。

这份报告同时指出,由这些地质学因素结合所导致的任何地震都不大可能超过3级——这种规模的地震因为太小而不会造成真的灾难。但是Baptie表示,由于断裂发生在相对较浅的地层,因此这种震级的地震可能会导致货物在货架上滑动,并造成恐慌。他说:“如果这些地震发生在相同的地方,而你又按照日常的思维去看待它们,那便会产生疑问。”该报告建议为“Cuadrilla资源”设立一套“红绿灯”系统,从而在未来监测地震。

荣县要求页岩气开发企业暂停开采作业,并非默认开采导致了地震,而是“因地震安全原因和安全生产需要。”

该报告现已进入同行评审阶段。Smith表示:“我们想要它接受到最大限度的审查;在未来的某个时候发现问题并不符合‘Cuadrilla资源’的利益。”

学术界对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。最着名的案例便是美国主要页岩油气产地俄克拉何马州的地震频次提高。

《科学时报》 (2011-11-04 A4 国际)

自有记录以来,1975年至2008年,俄克拉何马州每年最多发生3起3.0级以上的地震。从2009年开始,3级以上地震次数不断猛增。2009年20起,2010年35起,2011年64起。2012年回落至35起,但2013年反弹至109起,2014年达到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。

彼时,斯坦福大学研究人员曾在美国《科学进展》杂志上发表报告称,俄克拉何马州之所以变得地震频发,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。

来自中国石油西南油气田公司的余婷婷等人于2013年发表的《页岩气开发面临的环保挑战及建议》一文提出,大面积规模化开采页岩气引起断层活化,进而可能诱发地震和滑坡等地质灾害。2012年4月,美国地质调查局公布的一份报告称,从阿拉巴马州到北方落基山脉的美国中西部地区近十年来地震频发“几乎可以肯定是人为的”,其中石油和天然气钻探活动,尤其是页岩气开发使用的水力压裂法以及该方法涉及的废水处理井都同地震次数增加有关。

上文还举例称,德克萨斯大学和南卫理工会大学的地震学家所做的研究表明:美国德克萨斯州克利本小镇2008—2009年间的地震与巴奈特页岩开发过程中的水力压裂没有决定性关系,但将气井生产产生的大量含盐地层水注入回注井可能会诱发附近的地震活动。

在加拿大西部一些地区,油气开采过程中的水力压裂诱发了许多小地震及中地震。2016月11月,加拿大卡尔加里大学教授David Eaton和博士后鲍学伟在顶级学术期刊《Science》上发表题为“Fault activation by hydraulic fracturing in western Canada”的最新研究,解释了水力压裂诱发地震的机制。两位研究者对2014年12月到2015年3月间加拿大西部地区阿尔特拉Fox Creekfu附近发生的中小型地震和6个水力压裂作业点进行了追踪,并对水力压裂作业点附近的已有断层结构进行高清解析,发现水平井压裂活化断层的两种不同过程:渗入附近断层的压裂流体增加其孔隙压强;水力压裂本身造成的地应力变化。

那么,上述研究结论能推导出水力压裂和注水直接引发了四川荣县的近三次地震吗?只能说不排除两者有关,但页岩气开采是最近地震的决定性因素吗?仍然无法确定。

三次地震发生后,中国地震台网中心和四川省地震预报研究中心专家分析认为,荣县连发地震的原因主要有两个方面:一是荣县属于四川中等地震活动区域。震中附近100千米范围内有较小规模的断裂9条,其中距震中最近的断裂为长山镇断裂,距离仅约15千米。自1970年四川地震台网有记录以来,震中附近50千米范围内发生4.0级以上地震5次,最大为1985年3月29日自贡4.8级地震。二是近期属于四川地震的相对活跃期。四川地震活动在时间上具有一定的规律性,目前四川地震活动处于相对频繁和强烈的时期,荣县地区近几年来也出现小震持续活跃。

四川省地震局专家对此解释说,根据地震波记录和震源机制解,还无法确定地震与当地工业开采的关系。从目前的地震波分析来看,地震与该地区的背斜构造,特别是与一些小断裂有关。“还需要进行更多更深入的研究,才能确定人类活动和地震的关系。从目前的波形记录和震源机制解来看,荣县地震属于构造性地震。”构造地震也称“断层地震”,由地壳(或岩石圈,少数发生在地壳以下的岩石圈上地幔部位)发生断层而引起。地壳在构造运动中发生形变,当变形超出了岩石的承受能力,岩石就发生断裂,在构造运动中长期积累的能量迅速释放,造成岩石振动,从而形成地震。

此外,果壳网地质学科普作者“云舞空城”认为,两天三次震级相似的地震很正常,一次“地震序列”除了一个主震加若干个小余震的类型外,还有双主震型地震、震群型地震等。最近两三天发生在自贡及周边的地震实质上都属于一场地震。

最后,既然页岩气水力压裂开发有潜在的环境风险、开采成本成本又高,为何还要选择页岩气?2018年,中国超过日本成为世界最大的天然气进口国,对外依存度升至45%左右,且今年还将继续上升。要实现与中国天然气消费增长前景相匹配的“力争到2020年底前国内天然气产量达到2000亿立方米以上”目标,非常规天然气是必要组成部分,其开发无法忽视。

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