制造微地震来研究水力压裂技术引发的地震

[-]

在有些地方，特别是美国俄亥俄州和俄克拉荷马州(Oklahoma)，在深井中注射水力压裂的液体似乎会明显导致地震频率上升。虽然它们引起的地震都很微小地面不会感受到晃动，但是俄克拉荷马州在2011年的5.6级地震就足以造成严重损失。

5.6级地震规模足以引发媒体争相报道，但这并不是人类首次因水力压裂引发的地震。水力压裂是地热发电设计相关团队关心的项目，他们需要利用这个技术把水注射到足够深的地下利用地热达到蒸汽发电的目的。而在未来，水力压裂技术还可能把二氧化碳储存到地下。

地震一般发生原因是两块岩石突然断裂并形成断层，活动的过程中释放能量引起能让我们在地面感受到的震动。这些岩石一般情况下是会因为摩擦力停留在某个点，但是来自各个方向的推/拉力会让它慢慢产生张力，如此以来就会打败让它们定住的摩擦力又沿着被隔断的部分移动。

但是在很多情况下这种原因都不是常见原因，当岩石的滑动速度大于0的时候，摩擦力也会增强从而克制张力。所以那块岩石不会一下子跳到某个点产生剧烈地震，而是慢慢沿着断层缓缓“蠕动”。

关于水力压裂技术导致地震的标准解释是，因为加压水抵消了一些让岩块停止的向下压力，结果让摩擦力变弱岩石滑动速度变快了一点。也就是说，如果这块石头本身就没有被施加且被摩擦力拦住待解放的各种压力、张力，我们的人为活动是不会引起地震的。但是有迹象表明，在注入液体进地下时会产生与地震不一样的岩块移动，岩块的距离比我们所了解的地震基础知识更大。

为了探索水力压裂技术是如何与地震产生联系、并观察地下到底发生了什么，法国艾克斯-马赛大学地质学家Yves Guglielmi带领了一个团队选择了一处断层并给它注满水。这块不活跃的断层来自于法国东南部一块地震研究基地，中间有些碳酸盐岩穿刺而入。在给断层钻了个井孔之后他们在里面放入了一个特殊设备监控断层状况，设备被固定在断层两侧的岩石上，上面有许多传感器能检测到附着的岩石往任何方向的细微移动。这个井孔附近还分布了一些地震检波器以探测地下微小的震动。

研究员们接下来网断层里注入了加压水，位置在放了设备的深井(大概在280米深)里面。在刚开始的18分钟里面都没有检测到地震，甚至当水压增加之后断层岩石的震动距离也才0.3毫米。不久之后，检测到一个微地震，接下来5分钟里又接踵而来更多微地震，蠕动的频率也都被捕捉、记录下来了。在第一次地震开始之前，断层岩块的移动距离实际上只有十几分之一毫米，随着地震持续距离拉大的速度也变慢了。

到实验结束后，岩石大概沿断层移动了1.2毫米，绝大多数都是蠕动并没有地震运动。哪怕是80次微地震加起来也不足以形成0级地震。还有一点比较有趣的是，地震似乎并没有发生在水压上升的断层位置。这样看来，并不是水压直接导致地震而是缓慢移动的断层岩石产生了局部的压力产生的蠕动。可能是因为断层面并不是均匀的面，摩擦力在不同的位置有大小之分。

总的来说，断层是可以移动的，因为摩擦力增长的速度会比它的移动速度快。

这个实验的结果表明，岩块蠕动可能和水压技术脱不开干洗，甚至还可能对岩石的反应起主导作用。关于注水印发地震的案例，我们还需要更多的研究获取更多信息。不过有科学家指出可以在水力压裂技术应用区域放置地震监测仪来帮助发现震前迹象在地震发生之前把水压降下来避免“天灾”。

本文译自 ArsTechnica，由 小笨 编辑发布。