废水井上方地表变形预示着灾害
作者：Ryan F. Mandelbaum 2016年9月22日
2016-11-7 20:46:57 上传
图片来源：LINDA DAVIDSON，华盖创意图片库（Getty Images）
借助于一个新工具，科学家能够预测深层油气开采废水处理所引发的地震。某地球物理学家小组通过分析日本测地卫星Advanced Land ObservingSatellite (ALOS)三年以上的观测数据，发现了德克萨斯州（Texas）Timpson附近废水处理井上方的地表形变。时隔两年（2012年），4.8级地震侵袭了该地区。
ALOS搭载的合成孔径干涉测量雷达（InSAR）使人致地震预测技术如虎添翼。亚利桑那州立大学（Arizona State University）地球物理学家Manoochehr Shirzaei教授团队利用2007年5月至2010年11月间的InSAR数据，观测到相距两公里的水井间地面每年上升3厘米。他们将数据输入孔隙压力模型（孔隙压力即地下岩石裂隙充满水的挤压力）。孔隙压力增加将导致地下裂隙处的应变集中，并可能导致裂缝开展滑移，从而形成地震。该项研究成果发表于今日的《科学》杂志（Science）。
这是科学家们首次直接观测到注水引起的地面上升。Shirzaei表示：“我们都知道液体的注入会使地面变形，但从未观测到。在Timpson地区的研究中，我们幸运地发现了变形。”他希望这些研究数据可帮助他们回答诸如注水井是否能引发地震的疑问。
德州大学奥斯汀分校地球物理研究所（the Institute for Geophysics at the University ofTexas at Austin）副所长Cliff Frohlich教授认为，与地下数据观测相比InSAR数据的应用是一重大突破。同为Timpson地震的研究者，他虽没有参与该项目，但对项目组信号过滤技术（即从诸如季节变换和植被等背景噪声中识别有效信号）表示称赞。另外他指出其他学者的模型可能存在偏差。虽然地面抬升发现于某两座水井，但地震发生位置距它们25公里远，且当地水井地面并未观测到形变。
地震发生处的水井比地表变形处的更深。很多地下因素都将影响地震的产生。Shirzaei模型依赖于岩石硬度和计算孔隙压力的注水深度与体积等因素。美国地质勘探局（U.S. Geological Survey）地球物理学家Justin Rubinstein认为，当开采工人将水注入韧性较差的岩石中，无地表变形反而预示着较大的地下深层压力。
斯坦福大学（Stanford University）能源工程兼职教授Mark McClure认为Shirzaei团队研究的不足之处在于缺少对深层水井的观测，但欣喜的是他们的模型反映出地震随着注水速率的降低而发生。Shirzaei认为这一现象可能和水渗透到深层岩缝所需的时间或者减缓注水产生的附加应力有关。他告诉记者：“如果你今天停止注水，那么地震活动将持续十年左右。”
Shirzaei希望将他的模型推广应用到美国中部的其他地区（这些地区的地震发生量在油气开采点附近剧增），但他缺少数据。除了ALOS，其他航天机构均提供免费的InSAR数据。Shirzaei可以在较短的时间内从多个卫星上获取充足的数据。另外，较好的信息报告也将使研究事半功倍，如德州政府每月均公布废水注入量，奥克拉荷马州（Oklahoma）则每日公布信息。
McClure认为信息的有效性是研究的“绝对关键”。他表示：“各州政府需要投入更多精力致力于数据（特别各水井的月注水量）收集，并对公众公开，以推动上述研究开展。”
翻译：张尧
审校：颜磊
留言