美国国家自然科学基金(NSF)计划新建地震科学中心并公开征集相关方案,南加州地震中心(SCEC)提交了24份方案,其中1份是关于诱发地震的建议书。该建议书由美国加州大学圣克鲁斯分校(UCSC)的Emily Brodsky博士提出,题目是《识别和减轻诱发地震活动:加利福尼亚地震中心的作用》。Brodsky提议,在加州地震中心加强关于诱发地震的研究,尽管目前美国注水诱发地震问题的严重地区并非加州(Ellsworth,2013;McGarr et al,2015;Schultz et al,2020)。Brodsky指出,诱发地震的潜在危害原则上可以避免,且与构造地震存在明显差异,一旦某一地区出现诱发地震数量激增、强度升级的现象,则其引发的科学问题和社会问题将更为深远,也更具有影响力。因此,诱发地震活动的特征是地震科学中心最适合的研究对象。以美国加州为例,人类活动诱发的地震涉及地热开采、石油开采、地下水开采、废水深埋等,加州布设了大量密集地震台阵,并有相应法规确保工业数据(如注水量和产量)向公众开放,为深入研究诱发地震识别方法和减轻诱发地震潜在危害提供了宝贵的基础数据。
我国四川盆地东南部地区(简称川东南地区)的诱发地震问题同样日渐突出,2019年2月25日荣县4.9级地震造成2人死亡,12人受伤,该地震发震位置特殊,位于页岩气开采区水力压裂作业平台附近。实际上荣县4.9级地震并不是川东南地区昭通—长宁—威远页岩气开采区发生的第一次显著有感地震。据调查,2017年1月28日筠连4.9级地震,造成5人受伤,同一个开采区块内,还发生过2018年12月16日兴文5.7级、2019年1月3日珙县5.3级、9月8日威远5.4级、12月18日资中5.2级地震。川东南地区地震活动频次高、震级大等特点引发了关于“四川盆地页岩气开采是否与地震频发相关”的广泛讨论,如:为什么页岩气开采会引发地震?已发生的显著有感地震是否与页岩气开采相关?未来是否会发生更大的地震?这些疑问不仅是广大人民群众关注的热点问题,更是能源勘探、地球物理,尤其是地震学界需要深入研究并给出科学解释的问题。
加强川东南地区地震监测,对认识四川盆地诱发地震的活动特征具有重要的科学价值和社会意义。中国地震科学实验场2020年最新发布的9个相关建设内容建议中第6点就涉及川东南地区(http://www.cea-igp.ac.cn/zhongguodizhenkexueshiyanchang/277384.html),即“针对四川长宁地区,开展工业活动和地震活动关系观测实验和机理分析研究,为川南地区地震孕育、发展及发生机理、发震构造研究及地震灾害风险研究提供观测数据,并将观测数据共享至中国地震科学实验场”。Brodsky在针对加州的建议书中也提到,加州数据丰富,有利于解决诱发地震活动的关键问题,多种诱发地震的存在对减轻地震潜在危害具有一定意义,且丰富的构造地震活动可以对构造相互作用进行试验化研究,并提供多个实例。
四川盆地主要工业活动有工业采卤采盐、常规天然气田和非常规页岩气开采等(来贵娟等,2019;邱宇等,2019),而2018年以来当地4级以上地震活动与采盐采卤、页岩气开采等工业活动重叠性明显。针对川东南地区页岩气开采可能的诱发地震活动,首要面对的科学问题即不同开采区地震活动的显著差异性。在目前建成投产的页岩气区块中,涪陵焦石坝产气能力较好,但该区块内地震活动活跃程度偏弱,最高震级偏低(唐茂云等,2018),而昭通—长宁—威远页岩气开采区内地震活动频次高、震级大,且已发生的显著有感地震多与水力压裂直接相关(Lei et al,2020)。针对川东南地区的地震活动,未来在加强监测的基础上,深入研究其震源物理过程、诱发机理及潜在地震风险,具有重要的科学价值和推动性意义。
来贵娟, 蒋长胜, 毕金孟, 等. 2019. 工业开采诱发地震(一):发生机理和影响因素[J]. 国际地震动态, (5): 4-10. |
邱宇, 蒋长胜, 毕金孟, 等. 2019. 工业开采诱发地震(二):监测技术和危险性研究[J]. 国际地震动态, (5): 11-16. |
唐茂云, 李翠平, 王小龙, 等. 2018. 重庆涪陵焦石坝页岩气开采诱发地震加密观测[J]. 国际地震动态, (8): 139-140. |
Brodsky E. Identifying and mitigating induced seismicity: The role of a California earthquake center[EB/OL]. https://files.scec.org/s3fs-public/whitepapers/2020/Brodsky_NSF-DCL-20-036.pdf
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Ellsworth W L. 2013. Injection-induced earthquakes[J]. Science, 341(1225942). DOI:10.1126/science.1225942 |
Lei X L, Su J R, Wang Z W. 2020. Growing seismicity in the Sichuan Basin and its association with industrial activities[J]. Science China Earth Sciences, 7(7971). DOI:10.1038/s41598-017-08557-y |
McGarr A, Bekins B, Burkardt N, et al. 2015. Coping with earthquakes induced by fluid injection[J]. Science, 347(6224): 830-831. |
Schultz R, Skoumal R J, Michael R B, et al. 2020. Hydraulic fracturing induced seismicity[J]. Reviews of Geophysics, 58, e2019RG 000695. |