2016, Vol. 31
2. 中国科学院大学地球科学学院, 北京 100049;
3. 华中科技大学, 武汉 430074
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
3. Huazhong University of Science and Technology. Wuhan 430074, China
随着能源需求量日益增大，石油、天然气、地热等深地下能源开采工程中往往进行高压注水，并诱发了有感甚至破坏性地震(Nicholson and Wesson，1990;Committee on Induced Seismicity Potential in Energy Technologies et al.，2012; 魏晓琛等，2014).这些地震不仅会造成严重的人员伤害和经济损失，而且给能源开采带来很大的负面影响.因此，如何能有效地监测、通过研究提出方案以减少甚至避免注水诱发的破坏性地震是有必要的.
20世纪60年代，首次在美国科罗拉多州丹佛地区洛基山 Arsenal 地震序列研究中意识到深地下注水可以诱发地震(Healy et al.，1968).1969年，美国地质调查局在科罗拉多西北部Rangely油田进行实验，首次验证了通过调节注水压力来控制地震的可能性(Raleigh et al.，1976).之后，学者们陆续又发现一些注水诱发地震，例如位于俄亥俄州Ashtabula地区(Seeber et al.，2004)、科罗拉多 Paradox Valley地区(Ake et al.，2005)和Arkansas Guy地区案例(Horton，2012).近年来，研究发现美国中东部地区地震活动性急剧增加，引起美国社会和国际学者的关注(图 1)，而其中的许多地震均与深地下注水活动有关(Ellsworth，2013).如2011年Oklahoma MW 5.7地震(Keranen et al.，2013;Llenos and Michael，2013;Keranen et al.，2014;Sumy et al.，2014)、2011年科罗拉多Trinidad MW 5.3地震(Barnhart et al.，2014;Rubinstein et al.，2014)、2011年德克萨斯 MW 4.8地震(Frohlich and Brunt，2013)、2011年俄亥俄州Yongstown MW 3.9地震(Kim，2013)、2012年Timpson MW 4.8地震(Frohlich et al.，2014).在日本和德国的科学钻探实验中也陆续发现了注水诱发地震事件(Tadokoro et al.，2000;Shapiro et al.，2006).
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图 1 美国中东部M 3.0以上地震活动性(a)和注水诱发地震研究文章引用率(b) Fig. 1 Annual count of earthquakes with M≥3 in the central and eastern United States and citation of articles in injection-induced earthquakes |
我国四川盆地也有类似的注水诱发地震的情况.四川盆地是我国最重要的产气盆地之一，天然气年产量超过120亿/m3，在油气开采和废水处理过程中，需要大量的深地下注水/注气活动(刘学浩等，2012).四川盆地中南部荣昌、自贡、遂宁、长宁等地区，自工业开采以来地震活动性显著增加，并发数次5级以上中强地震(Lei et al.，2008;阮祥等，2008;罗艳等，2011;王小龙等，2012;张致伟等，2012;Lei et al.，2013;Zeng et al.，2014;雷兴林等，2014；朱航和何畅，2014)，造成较大的财产损失和人员伤亡(何玉林等，2010).阮祥等(2008)对四川长宁盐矿附近地震序列进行了研究，发现震源深度主要分布在2~3 km，具有矿井注水诱发地震的特征.在我国其他地区，也有注水诱发地震的案例，高金哲等(2013)对2006年吉林乾安-前郭M 5.0级地震进行深入研究，发现其震源位于油井下方1~2 km处，推测乾安地震可能与油气开采有关.
鉴于注水诱发地震的危害性，本文首先系统调研国内外几十年来注水诱发地震的相关研究结果，对注水诱发地震研究方法进行梳理，并分析一些典型案例分析，并对注水诱发地震研究的发展趋势进行展望.
1 注水诱发地震研究现状及方法在油气开采过程中，诱发地震机制大致可分为两种类型：注水活动中流体作用在断层上直接诱发地震和油气藏质量变化及注水压力引起的附近断层上应力变化间接诱发地震(图 2)，将在下面分别介绍.
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图 2 诱发地震机制示意图(改自Ellsworth, 2013) 断层内孔隙压力增加诱发地震(a)或剪应力和 正应力改变诱发地震(b). Fig. 2 Schematic diagram of mechanisms for inducing earthquakes Earthquakes may be induced by increasing the pore acting on a fault(a) or by changing shear and normal stress acting on the fault(b). |
流体直接诱发地震机制：Hubbert和Rubey(1959)提出有效应力公式τ=μ(σn-p)+τ0，τ0是聚合强度，μ是内摩擦因数，P为孔隙压力，在断层上τ0为零.Byerlee(1967)测量不同含水量下的辉长石的摩擦.得到摩擦定律τ=10+0.6(σn-P)，与经典Byerlee定律τ=50+0.6σn相比，孔隙流体的的作用主要体现在两个方面，第二项反映了有效正应力，而第一项则反映由于流体润滑和软化作用，使得断层内聚合强度降低(Scholz，2002).不管是从有效应力公式还是Byerlee摩擦定理来看，注水活动使得孔隙压力P增加，减小了作用在断层面上的有效正应力，从而降低了断层面上的摩擦阻力，为诱发地震发生提供了可能.
油气藏质量变化及注水压力间接诱发地震机制：因油气开采引起地面下沉，在油气藏中心位置伴随着横向缩短，形成剪应力，而在其边缘地带形张应力.同时注水压力也导致附近断层上应力发生变化.因此，正断层常发育在油气藏边缘位置，而逆断层常发育在油气藏中心位置(Segall，1989).
注水诱发地震与水库诱发地震有类似之处，流体扩散作用可能是其共同成因.王妙月等(1976)认为水的渗透作用是新丰江水库诱发的主要原因.研究发现水库诱发地震可分为两种不同的成因类型：快速响应型和滞后响应型，前者与库水载荷引起的弹性形变有关，后者则与库水渗透作用有关(周斌等，2010，2014;张丽芬等，2014)，诱发地震滞后时间与流体扩散速率有关(孙玉军等，2012).在注水诱发地震研究中也发现了延迟效应(Keranen et al.，2013)，很可能与注水井和周边断层之间流体扩散速率有关.可能的注水诱发地震模式，即预滑移模式(Dodge et al.，1995).当孔隙流体扩散到断层时，处于临界状态和优选方位的断层最先滑移，即注水诱发地震的快速响应.如果注水井和断层之间有较好的连通性，随着注入流体体积增加，孔隙压力继续增加，当流体扩散到离注水井较远处的断层附近时，将会诱发离注水井较远处的地震，即注水诱发地震滞后响应(Keranen et al.，2014).
综上所述，深地下工程中的高压注水活动确实可能会诱发地震.但是在数据相对缺乏的条件下，如何判断地震是否由注水诱发，是一个具有难度的问题.为此，Davis等(Davis and Frohlich，1993;Davis et al.，1995)提出了一系列判别条件：
(1)地震序列活动特征是否在注水地区内第一次出现.
(2)是否在注水后发生.
(3)注水活动与地震活动性间是否有明确的联系.
(4)地震震中位置是否在注水井附近(5 km范围内).
(5)地震是否发生在注水井深度处.
(6)地震震中是否与注水区域空间分布有关.
(7)注水井底部流体压力的变化是否足够引起岩石破裂，进而诱发地震.
一般来说，对于某一地震，上述判据如都能得到肯定的回答，则可以判断该地震是由注水诱发的.然而，最近20年的注水诱发地震研究表明，上述判别条件过于严格.例如，在空间上，Block等人(2014)研究表明诱发地震与注水井之间的距离为8.2 km，甚至可以更远(Keranen et al.，2014).在时间上，一些诱发地震在注水初期就开始发生，而另一些诱发地震在注水之后很长的一段时间内或者在注水停止之后才开始发生(Keranen et al.，2013).根据地震波形分析(例如剪切波发育，具有典型的双力偶源等)，注水诱发地震可能和天然构造地震具有共同的成因，即释放储存在断层附近岩石内的应变能的过程.因此，Ellsworth(2013)提出仅利用地震学研究方法还不能区别诱发地震和构造地震的成因.Dahm等(2013)总结了一些统计学的方法来区别诱发地震与天然构造地震(Cesca et al.，2013;Dahm et al.，2013).
目前，关于注水诱发地震研究方法主要集中在以下几个方面：
1)地震学方法
主要是准确测定地震的发震时刻、震中位置与震源深度、断层形态并综合分析库伦应力变化等参数.密集的流动台网有助于准确测定地震水平位置(Kim，2013)，进一步的波形分析能提高震源深度的测定精度(崇加军等，2010；Frohlich et al.，2014;Rubinstein et al.，2014).因此，通过波形反演(陈伟文等，2012;林向东等，2013)或者P、SH振幅(梁尚鸿等，1984)，地震学方法能提供准确的震源机制解以和形变特征以及破裂过程(刘成利等，2014;乔学军等，2014;秦刘冰等，2014)，从而可以推断断层的几何形态及应力变化(单斌等，2012；Sumy et al.，2014)，为注水诱发地震更深入的研究提供重要输入.
2)统计学方法
(1)基于物理学模型概率统计方法：主要基于库伦破裂准则和速率和状态方程(Dieterich，1994)，通过地震目录和构造应力加载获取天然地震活动率，利用地震活动模型，计算诱发地震活动，再通过贝叶斯概率统计方法计算诱发地震的概率(Passarelli et al.，2013).
(2)基于天然地震活动的经验关系统计学模型，即大森定律：λ(t)=K(t+c)-P，其中，K，c和P为常数，t是主震发生之后的时间.常用的模型为传染型余震序列ETAS模型(Lei et al.，2008;龙锋等，2010;Lei et al.，2013)，基于改进的大森定律，将背景地震的发生率与余震发生率之和作为总体余震发生率，公式为
3)数值模拟
实验室数值建模能有效地模拟地下流体扩撒过程以及地下介质的应力变化.Segall(1989)通过多孔弹性介质重力卸载模拟，发现油气开采过程中，在油气中心位置容易产生逆冲性断裂，而在油气边缘位置易产生拉张性断裂(Segall，1989).Keranen等(2014)基于三维水文地质模型，利用有限差分方法对流体扩散进行数值模拟.结果显示：孔隙流体压力变化轨迹能追踪诱发地震的位置.仝兴华等(2015)利用有限元方法通过分析注水过程中超孔隙压力与应力场演化规律，揭示注水诱发地震的力学机制(仝兴华等，2015).
4)InSAR
注水诱发地震震源深度一般较浅，因此InSAR可以观测到较强的诱发地震引发的地表形变.可以利用InSAR技术对震级较大、震源较浅地震的水平位置进行精确测定，并与地震学定位结果相互映证.Barnhart(2014)等利用InSAR对Trinidad地区2011年MW 5.3地震进行研究，发现地震序列位置与废水处理引起的地面沉降区域有较好的一致性.
5)岩石物理学实验
在实验室条件下，研究注水地区岩石样本的物性参数，可以更加深入的了解注水诱发地震的物理过程(李霞颖等，2015).雷兴林等(2014)对四川盆地几个典型的沉积岩样本进行了三轴压缩实验，获取了断层形成过程以及形成后的几何特征和摩擦系数变化.李霞颖等(2015)通过采用声发射技术观测岩石破坏过程中地震波物性等参数以及声发射的时空分布特征，揭示地下流体注入容易诱发微震活动，形成裂缝.
2 案例分析半个世纪以来，国内外在注水诱发地震方面积累了丰富的研究资料，特别是在美国科罗拉多州，有详细的注水诱发地震案例，例如丹佛地区Rocky Mountain Arsenal 地震序列研究(Healy et al.，1968)，Rangely油田实验(Raleigh et al.，1976)和Paradox Valley地区注水地震研究(Ake et al.，2005;Block et al.，2014;King et al.，2014).同时在Oklahoma地区近年来有新的注水诱发地震研究进展(Keranen et al.，2013，2014;Sumy et al.，2014)，而在我国四川盆地的荣昌地区也有较长注水诱发地震的历史，并有丰富的研究成果(程式和刘文泰，1992;Lei et al.，2008;王小龙等，2012).因此，本文将对Paradox Valley地区注水诱发地震、Oklahoma地区地震序列和荣昌地区的地震序列进行详细的介绍.
2.1 Paradox Valley地区Paradox河谷位于科罗拉多州的西南部，由盐丘构成，Colores河从南面流经Paradox 河谷.整个区域地下水为近饱和的盐水，其浓度为260 g/L，是海水浓度的8陪之多.由于地下水位较浅，在自然条件下，Colores河每年将会带走大约200000吨盐，河流中过高的盐分给美国和墨西哥带来巨大损失.在1970中期，美国垦务局计划启动Paradox Valley Unit(PVU)项目，即通过抽取高浓度地下盐水来降低河流的含盐量，并通过注水方式来处理抽出的盐水.截止到2013年，PVU已经向距地表 4.3 km古生代和前寒武纪地层中注入了7x106 m3的盐水，并且每年能处理128000吨盐.然而同时，高压注水也诱发了一系列的地震.PVU是一个政府项目，其目的是转移和处理高浓度地下盐水，与此同时还要求不产生破坏性地震.因此，在注水的同时研究人员需架设台站以监测地震活动性(Ake et al.，2005).
在1985年，USGS在注水井周围三十公里的范围内布设地震台网，由15个地震仪组成，具有监测M 0.5级以上地震能力，并能够对M 0.5级以上地震进行可靠定位.在1985-1991年之间，在注水井10 km范围之内没有检测到地震.1991-1995年，PVU开始进行一系列的注水实验，并在1996年通过环保局的审批，正式开始全天候的持续注水工程.在注水试验期间，PVU改注水压力和速率，并在每一次注水试验后，都会停顿一段时间.注水试验第一周内，在注水井1 km范围之内，共记录到了二十多个地震.在7次注水试验结束时，共记录到六百多次地震事件，所有地震都小于3级.地震活动性在每一次注水试验停止几小时之内降低.
为了降低诱发地震风险，PVU在1996年之后进行多次注水调整，第一阶段为1996-1999年，持续注水阶段，在此之间台网记录到两次三级以上有感地震.1999-2000年，PVU调整注水计划，即每六个月连续注水停注20天，希望以此来控制诱发地震的大小.然而，停注计划并没有达到预期目的.在2000年5月27日，发生了ML 4.3级地震.在2000年之后，PVU重新调整了注水计划，将注水速率降低33%，即由原来的1290 L/min降到870 L/min，井底注水压力为78 MPa，在之后的两年里，没有记录到M 2.8级以上的地震，地震活动性也随之降低.然而，为了保证注水量，在十年间，井底注水压力已经到达了84 MPa，2013年1月24日，在离注水井8 km的西北部发生ML 4.4级地震，造成了Paradox地区的强烈地面震动.
Block等人(2014)研究表明2013年ML 4.4地震序列离注水井距离为8.2 km，是以前诱发地震离注水井距离4倍之多；而且ML 4.4地震震源深度为4.4 km，与注水深度一致；震源机制显示北东-东走向走滑断层，与断层有效正应力降低而发生剪切滑动的理论假说一致.在距离5 km之内，地震活动性和诱发地震大小与平均的注水压力和速率之间存在很好的相关性，而在5 km范围之外，地震活动性与注水压力和速率之间没有明显的相关性.对于注水井西北部8 km处地震序列触发机理存在两种不同的解释，Roeloffs和Denlinger(2010)认为注水井西北部地震群是由应力重新分布而触发的.而Ake等人(2005)则认为西北部地震群是由于孔隙压力增加而诱发的.在Paradox地区存在很多北西向的断层，高渗透率的断层容许地下流体流动，传播孔隙压力.可能是高渗透率的流体通道对应力很敏感，当注水压力增加时，北西向流体通道就会打开，西北部孔隙压力迅速升高，而当注水压力降低时，流体通道就会关闭，西北部地区将会形成相对封闭的空间，其孔隙压力反而不会下降，从而造成了地震活动性与注水压力和速率之间没有明显的相关性(Block et al.，2014).
总之，Paradox地区注水诱发地震研究揭示长时间的连续注水可以诱发数千米范围之外的地震.
2.2 Okalhoma地区Oklahoma地区有长时间的油气开采历史，而每开采一桶油将会产生7桶废水.在Prague附近的Wilzetta油田已经有近20年地下处理废水的历史，2004-2008年，地下注水量迅速增加(OK Corp. Commission).2008-2013年五年来记录到的地震数目是1976-2007之间地震数目40陪(Keranen et al.，2013).2010年，发生MW 4.1级地震，在此之前没有记录到大于M 2级地震，余震一直持续到2011年.2011年11月5日发生MW 5.0级地震，20小时之后又发生了MW 5.7级地震，并在11月8日发生MW 5.0级余震. MW 5.7地震是Oklahoma地区记录到的最大地震，在地震中有8级烈度，摧毁14座房屋，造成2人受伤，并带来巨大的经济损失( U.S. GeologicalSurvey，2011).
一些学者利用不同的方法对此次地震序列进行研究.目前对于MW 5.7地震序列机制至少有4种不同的解释观点：
观点1认为Prague地区地震是自然发生的，属于构造地震(Keller and Holland，2013)，同时指出，即使Oklahoma中部地区地震活动性增加不是由构造活动引起，也没有确切的证据证明Prague地区地震序列是由于油气开采造成的.
观点2则认为深地下废水处理增加了孔隙压力，从而诱发MW 5.0前震.反过来，MW 5.0前震改变的断层库伦应力分布，从而触发MW 5.7主震(Keranen et al.，2013，2014;Sumy et al.，2014).
观点3认为来自断层附近5个注水井近的废水回注诱发Prague地区地震序列(McGarr，2014).
观点4认为Prague地区地震可能是由远震动态触发的(van der Elst et al.，2013).
下面着重介绍后三种观点：
1)观点2：Keranen等(2013)基于三个流动地震台和当地的TA台网对Prague地震序列进行定位研究，结果显示：地震序列程线状集中分布在注水井周边断层上，主震震源机制走向与Wilzetta断裂带走向一致；在地震期间，Wilzetta断层三段连续破裂，主震断层面滑移方向与最大水平主应力方向一致.最近的地震离注水井只有大约200 m，83%的余震地震源深度小于5 km，20%的地震位于注水地层中.Sumy等(2014)通过计算库伦应力变化发现，11月5日到6日之间，62%的地震发生在库伦应力增加的区域，MW 5.0前震使主震区库伦应力增加了~0.13 MPa.这表明，注水诱发MW 5.0前震，从而触发MW 5.7主震.然而，MW 5.0余震和却发生在库伦应力降低的区域，这表明主震没能通过库伦应力变化来触发MW 5.0余震，当然不排除近场库伦应力模型的局限性.而Keranen等(2014)基于三维水文地质模型，利用有限差分方法对流体扩散进行数值模拟.结果显示：计算的流体压力在2~5 km深度上传播，与震源深度一致，流体压力变化轨迹能追踪诱发地震的位置，而触发地震所需的流体压力临界改变量约为0.07 MPa.通过计算表明，四个高速注水井有能力触发2008-2013年间20%的地震.此地区45%的地震和每周15个三级以上的地震可能都与废水处理和水压致裂有关.
2)观点3：McGarr(2014)假设注水引起的地表形变都是由诱发地震造成的，得出一定注水量所诱发的最大地震震级公式：M0(max)=GΔV，G为剪切弹性量，大小为3×1010 MPa，ΔV为注水体积截止到2010年底，Prague地区总的注水量达到1.2×107 m3，根据公式：
，M0单位为Nm.得到的注水诱发最大震级与MW 5.7一致.
3)观点4：van der Elst等通过匹配滤波技术发现2010年2月27日Maule MW 8.8地震在MW 5.0前震震中附近触发了一系列的地震，包括MW 4.1级地震，其发生在2010年Maule MW 8.8地震之后的16小时.如果MW 4.1地震可以算作Prague MW 5.7地震前震的话，MW 5.7地震不仅是注水诱发的最大地震，也是远震触发的最大地震.
总之，不论Prague地区MW 5.7地震序列是否由注水诱发的，该区异常的地震活动性增加是可以确定.Llenos和Michael(2013)通过ETAS模型进行地震活动性建模发现，2009年以来，Oklahoma地区地震活动性增加不太可能由自然地震活动性随机波动造成(Llenos and Michael，2013).事实上，美国政府在2014年9月14日出台了一系列前瞻性的政策来控制Prague地区地震活动性(http://www.occeweb.com/index.html.)，如采用“traffic light”注水系统；停止或关闭有问题的注水井；数据向科研人员公开；成立专项基金项目支持地震活动性监测与研究.
2.3 荣昌地区荣昌处于四川盆地东缘，该地区主要断裂为华蓥山基底断裂带，其具有延伸长、切割深、多期次活动、且晚第四纪活动的特征(丁仁杰和李克昌，2004).根据地球物理勘探资料，注水井周围主要断层为燕子岩断层，走向N60E，倾向SE，倾角20°~40°，局部达到75°，并发育几条次级断层(图 3).
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图 3 荣昌地区地质构造与注水井分布图 (数字1、2、3、4分别为螺4、螺2、包11和包24井， 椭圆代表油气藏，虚线为推测断层，实线为已探明断层) Fig. 3 Geological Background in Rongchang and distribution of injection wells (Data 1,2,3 and 4 denote Luo 4, Luo 2, Bao 11 and Bao 24 respectively, the ellipse denotes gas reservoir, dash line denote blind fault and solid line denote known fault) |
螺4井由于在钻探过程中多次出现井漏而报废，恰是因为燕子岩断层在深部正好横切该井.1988年，开始进行废水处理.螺4井在1988年，每月注水量为2000 m3，在1990年每月平均注水量增加到10000 m3，从1997年开始，注水速率下降，在2001年完全停止.螺2井在1990年开始注水.截止到2006年底，螺2和螺4井共向地下注入废水(Lei et al.，2008).包11井位于螺4号井北部15 km处，1998年开始注水，并在2004年底停止注水，共注入444，000 m3废水.包24井自2001年开始注水，2006年6月关井，共注入35856 m3.2008年开始主要注水井为包18井和螺2井.2008年以来，螺2井注水量一直比较小，2009年4月5日起该井停止注水，紧接着包18井开始注水，大约2012年初，包18井关井，由螺2井进行加压注水(朱丽霞等，2007;魏红梅和刘国彪，2014).
荣昌地区历史地震活动性较低，即使在1970年，开采油气后的十年内也没有M 3.0以上地震发生.1987年，开始通过地下注水方式来处理天然气田开采过程中产生的污水.同时地震活动性增加.研究表明在注水初期，即1988-1990之间，小地震活动与注水量有明显的相关性(程式和刘文泰，1992).1993-1994年，发生多个ML 4.0~4.2地震.1995年发生ML 4.5级地震，1997年8月13日发生ML 5.2地震，是记录到的最大地震(程万正等，2003).两年之后，又发生ML 5.0级地震，朱丽霞等(2007)对2006之前荣昌地震地震活动性与注水活动进行研究发现，两者存在较好的相关性.Lei等(2008)基于ETAS模型通过数值建模对荣昌地区1988-2006年之间地震活动性进行研究，发现荣昌地区地震活动性主要分为三个阶段，第一阶段：初始注水阶段(1988-1992年)，只有8%的地震由注水诱发，第二阶段：高速注水阶段(1993-1997年)45%地震由注水诱发，第三阶段(1997-2006年)70%的地震由外部触发.
2009-2010年，荣昌地区先后发生2009年8月8日M 4.4、2010年2月22日M 4.2以及9月10日M 4.7等几次显著地震.王小龙等(2011，2012))基于流动地震台地震数据对2010年9月10日M 4.5地震序列进行定位研究，发现地震主要丛集在断层交汇处以及螺4井周围，主震以及余震震源深度主要位于2 km处，与注水井深度(1450~3148 m)吻合.然而研究表明2008年以来，荣昌地区地震活动性与注水量之间却没有明显的相关性(贺曼秋等，2012;魏红梅和刘国彪，2014).由于难以收集到每口井完整的注水量，可能会对分析结果产生一些影响.
总之，荣昌地区有三十多年的地下注水历史，截止到2012年5月，四个注水井已向地下岩层注入1.8×107 m3的废水(魏红梅和刘国彪，2014).根据McGarr(2014)研究成果，荣昌地区据有中强地震(MW 5.8)被诱发的可能.事实上，荣昌地区已经发生过几次五级左右的地震，相关部门应该采取相关废水处理政策，预防破坏性地震发生.
3 问题和展望注水诱发地震已经有五十多年研究历史，积累大量的注水研究案例，取得很多认识，但还存在着一些问题.
1)有效应力模型虽然能解释注水诱发地震，但是我们很难直接观测断层上的应力状态以及孔隙压力.例如，地下注水活动如何通过流体通道而影响数千米之外断层上的孔隙压力.
2)地震响应与注水活动之间的时间关系很难确定，在Paradox地区和Oklahoma地区，地震活动性与注水活动都存在很长时间的延迟(Block et al.，2014;Keranen et al.，2014).
3)一些自流井，看似不会造成地震活动性增加，但是在注水活动区域，附近断层处于亚临界状态，更容易被远震动态触发( van der Elst et al.，2013).这给地震安全性评价带来很大的麻烦，目前还没有合适的模型对注水地区进行地震灾害性评价.
虽然注水诱发地震研究尚有很多问题没有解决，但从以上几个案例可以看出，研究深地下注水地区地震活动性可从以下几点关键取得突破：
1)密集的地震观测台网是研究前提，在密集地震台网观测下，能利用地震学方法获取准确的震源位置和震源机制解，降低地震定位的误差，从而准确判别断层应力状态，为判定地震活动与注水的关系提供基础信息.然而，目前在大多区域地震台网比较稀疏，传统基于直达波到时的定位精度不高，而基于地震背景噪声的地震定位能有效地提高稀疏台网下地震定位精度(Zhan et al.，2011).Xie等(2011)采用噪声定位方法，对1998 年1月10 日张北地震进行了重新定位.结果显示，与INSAR观测到的真实位置相比，震源的水平位置误差可以控制在3 km之内(Xie et al.，2011).同时，震源深度是研究注水诱发地震的关键因素.一般来说，当存在近台时(震中距小于1～2倍震源深度)，基于P、S波到时的方法能获取较为准确的震源深度.然而由于诱发地震发生多发生在上地壳，深度在数公里，其震源深度与注水井深度相当，多数地区台网密度难以达到上述要求.在地震台网稀疏地区，深度震相方法在震源深度测定研究中得到了越来越广泛的应用(谢祖军等，2012; 罗艳等，2013;李志伟等，2015).近年来，研究者提出了近震sPL震相震相，利用单台地震记录能够较为精确地确定震源深度，并成功应用于江西、安徽等一些地区中小地震的震源深度测定工作中(崇加军等，2010;罗艳等，2013;王向腾等，2014).
2)详细的注水资料也是非常重要的.注水诱发地震或多或少都与注水速率(总注水量)和注水压力有关联，了解详细注水过程，有助于进行较为准确的统计分析.详细的地质水文调查是建立恰当地质模型的基础，在进行地下流体数值模拟时，需要较为准确的物理参数，如断层的分布与几何形态、岩层的孔隙度和渗透率等.
总之，注水诱发地震研究需要详细的现场地震观测和注水过程监测，以及区域地质构造资料.在这些丰富观测资料基础上，地震学(波形分析、库伦应力计算、地震定位、震源深度准确测定、统计学分析等)、大地测量学(GPS、InSAR)、地质学以及地下水(流体扩散数值模拟)等多学科联合是将来注水诱发地震研究的趋势.
4 小 结在石油、天然气、地热等能源开采的过程中，如水压致裂、驱油驱气、废水回注、二氧化碳地质封等，需要向深地下注入大量流体.丰富的案例表明注水活动可以诱发有感甚至破坏性地震.如何安全地开展油气生产且不导致震灾，已经成为社会上和科学上非常关心的问题.因此，在未来研究工作中，需要密切监测注水活动以及地震活动性，通过数值模拟，建立适当的地质与统计模型，实现孔隙应力变化与诱发地震的统计规律，指导注水操作，从而达到生产、减灾两不误的效果.
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