USGS地圖突出了地震風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。藍(lán)框表示由于深孔流體注入引起的人為地震的高活動(dòng)區(qū)域。圖片來源：USGS

塔夫茨大學(xué)的研究人員利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和地面斷層模擬數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，用于“壓裂”和油氣勘探廢水處理的地下流體注入實(shí)踐可能會(huì)導(dǎo)致超出流體擴(kuò)散區(qū)的顯著，迅速擴(kuò)散的地震活動(dòng)。深層流體注入 - 大于一公里深 - 已知與增強(qiáng)的地震活動(dòng)有關(guān) - 通常被認(rèn)為局限于流體擴(kuò)散區(qū)域。然而，今天發(fā)表在“ 科學(xué) ”雜志上的這項(xiàng)研究測(cè)試并強(qiáng)烈支持這樣一種假設(shè)，即流體注入會(huì)以類似多米諾骨牌的方式通過先前存在的斷層裂縫網(wǎng)絡(luò)的緩慢滑動(dòng)而進(jìn)一步造成潛在的破壞性地震。

結(jié)果表明，該國(guó)某些地區(qū)的人為地震頻率超過了自然地震熱點(diǎn)。

該研究還代表了使用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際實(shí)驗(yàn)開發(fā)和測(cè)試更準(zhǔn)確的故障行為模型的概念證明。我們目前對(duì)地質(zhì)斷層物理學(xué)的大部分理解來自于在一米或更短的樣本長(zhǎng)度尺度下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。然而，地震和斷層破裂發(fā)生在更大的尺度上。目前對(duì)這些較大尺度的斷層破裂的觀測(cè)是遠(yuǎn)程的，并且提供了用于開發(fā)人造效應(yīng)模型的故障行為的物理參數(shù)的不良估計(jì)。最近，地震科學(xué)界已將資源投入到實(shí)地規(guī)模的注入實(shí)驗(yàn)之后，以彌合規(guī)模差距并了解其自然棲息地的斷層行為。

研究人員使用了以前在法國(guó)進(jìn)行的這些實(shí)驗(yàn)性注射的數(shù)據(jù)，并由位于Aix-Marseille大學(xué)和尼斯索菲亞 - 安提波利斯大學(xué)的一組研究人員領(lǐng)導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了故障加壓和位移，滑移和其他參數(shù)，這些參數(shù)被輸入到當(dāng)前研究中使用的斷層滑動(dòng)模型中。塔夫茨大學(xué)的研究人員分析提供了迄今為止最有力的推論，即斷層中的流體活化滑移可以迅速超過地下流體的擴(kuò)散。

在地下注入幾公里的廢水會(huì)導(dǎo)致巖石中的加壓孔隙流體區(qū)域（藍(lán)色陰影區(qū)域）。該研究的作者發(fā)現(xiàn)，這種注射可以引起緩慢的斷層破裂（粗黑線），其傳播速度快于流體可以遷移的速度。來自該斷層滑動(dòng)的應(yīng)力擾動(dòng)可能是通常在現(xiàn)場(chǎng)觀察到的地震活動(dòng)性云（灰色圓圈）擴(kuò)大的主要原因。細(xì)黑線表示預(yù)先存在但尚未激活的故障。圖片來源：塔夫斯大學(xué)Rob Viesca和Pathikrit Bahattacharya

“開發(fā)可靠的地震危險(xiǎn)數(shù)值模型的一個(gè)重要制約因素是缺乏對(duì)其自然棲息地的斷層行為的觀察，” 塔夫茨大學(xué)工程學(xué)院土木與環(huán)境工程系前任博士后Pathikrit Bhattacharya說。該研究的主要作者。“這些結(jié)果表明，如果可以的話，這些觀測(cè)結(jié)果可以提供對(duì)斷層力學(xué)行為的深刻見解，并迫使我們重新考慮它們的潛在危險(xiǎn)”。Bhattacharya現(xiàn)在是印度布巴內(nèi)斯瓦爾印度理工學(xué)院地球，海洋和氣候科學(xué)學(xué)院的助理教授。

流體引發(fā)的地震造成的危害是美國(guó)公眾日益關(guān)注的問題。人造地震效應(yīng)被認(rèn)為是制造俄克拉荷馬州的原因 - 俄克拉荷馬州是一個(gè)非�；钴S的石油和天然氣勘探區(qū) - 這個(gè)國(guó)家最具生產(chǎn)力的地震區(qū)域，包括加利福尼亞州�！敖裉煳覀冇腥嗽斓卣鸹顒�(dòng)的地區(qū)，這是非常了不起的超過加利福尼亞州南部等自然熱點(diǎn)地區(qū)的活動(dòng)水平，“塔夫茨大學(xué)工程學(xué)院土木與環(huán)境工程副教授，該研究的合著者和Bhattacharya的博士后主管Robert C. Viesca說�！苯Y(jié)果為深入地下注入流體的可疑后果提供了驗(yàn)證，也是評(píng)估未來石油和天然氣勘探中誘發(fā)地震的遷移和風(fēng)險(xiǎn)的重要工具。

由水力壓裂引起的大多數(shù)地震都太小 - 里氏3.0級(jí) - 是一個(gè)安全或損害問題。然而，從這些勘探中深度注入廢產(chǎn)物的實(shí)踐可以影響處于應(yīng)力下并且易受流體引起的滑移影響的更深和更大的斷層。將廢水注入深井（大于一公里）會(huì)導(dǎo)致地震大到可以感覺到并可能造成損壞。

根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的數(shù)據(jù)，2016年9月在俄克拉荷馬州中部發(fā)生了由流體注入引起的最大地震并記錄在科學(xué)文獻(xiàn)中。由于注入流體，在俄克拉荷馬州發(fā)生了另外四次大于5.0的地震，并且在阿肯色州，科羅拉多州，堪薩斯州和德克薩斯州的流體注入引發(fā)了4.5到5.0級(jí)的地震。

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