川南頁巖氣開采要為地震頻發(fā)負直接責任嗎？

　　兩天內(nèi)接連發(fā)生三次4級以上地震后，四川省自貢市榮縣叫停當?shù)仨搸r氣開采作業(yè)。頁巖氣的勘探開采會增加地震風險嗎?答案是肯定的，這一觀點在學術界基本已得到統(tǒng)一。但單就榮縣近日的三次地震而言，目前尚沒有充足的理由和數(shù)據(jù)得出“由頁巖氣開發(fā)導致”的結論。

　　頁巖氣開發(fā)之所以易誘發(fā)地震，要從其特殊的開采方式說起。

　　顧名思義，頁巖氣是從頁巖層中開采出來的天然氣，主體位于暗色泥頁巖或高碳泥頁巖中，是一種非常規(guī)天然氣。經(jīng)過上億年沉積演化后，天然氣以吸附或游離狀態(tài)儲存、“幽禁”在頁巖的孔隙里。頁巖既是天然氣生成的源巖，也是聚集和保存天然氣的儲層和蓋層。

　　為了將這些藏匿于縫隙中的油氣“擠出”，須采用水力壓裂技術——開采頁巖資源通常要先打直井到幾千米的地下，再向水平方向鉆進數(shù)百米到上千米，并將大量摻入化學物質(zhì)的高壓水流注入頁巖層進行液壓碎裂，人為造成縫隙、“撬開”巖層，從而讓石油或天然氣順著井筒流到地表。數(shù)十年來，水力壓裂法在北美的普及助推了北美頁巖油氣繁榮，由此帶來的海量頁巖氣在拉低北美氣價的同時也讓美國成為天然氣凈出口國。這一技術同樣被應用在四川地區(qū)的頁巖氣開采中。

　　四川盆地是國內(nèi)天然氣最富集的三大盆地之一。該地區(qū)頁巖氣埋藏深度比較深，一般在2000米到3000米之間，榮縣地區(qū)位于“長寧—榮縣—威遠國家級頁巖氣產(chǎn)業(yè)示范區(qū)”范圍內(nèi)，是四川盆地內(nèi)頁巖氣的最佳儲層區(qū)。

　　據(jù)四川日報報道，榮縣發(fā)科局發(fā)言人在2月25日晚間舉行的發(fā)布會上介紹了榮縣頁巖氣開發(fā)項目情況：截至目前，榮縣境內(nèi)已新建15個平臺，39口井開鉆，其中25口已完鉆，10口投產(chǎn)。先期開發(fā)主要在榮縣旭陽鎮(zhèn)、雙石鎮(zhèn)、望佳鎮(zhèn)、過水鎮(zhèn)、高山鎮(zhèn)、樂得鎮(zhèn)6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，均距榮縣主城區(qū)5-10千米范圍內(nèi)，井深垂直3.4千米，水平走向1.7千米。

　　2月24日、25日兩天，榮縣連續(xù)發(fā)生三起地震，震級分別為4.7級、4.3級、4.9級，震源深度均為5千米。從震源深度來看，與官方披露的頁巖氣開采深度并不一致。單從這個角度而言，很難判定地震與頁巖氣開采有直接的關系，兩者的關聯(lián)性仍待詳細數(shù)據(jù)支撐。

　　榮縣要求頁巖氣開發(fā)企業(yè)暫停開采作業(yè)，并非默認開采導致了地震，而是“因地震安全原因和安全生產(chǎn)需要。”

　　學術界對水力壓裂法和地震之間的關系，以及該技術潛在的其他風險早有研究。最著名的案例便是美國主要頁巖油氣產(chǎn)地俄克拉何馬州的地震頻次提高。

　　自有記錄以來，1975年至2008年，俄克拉何馬州每年最多發(fā)生3起3.0級以上的地震。從2009年開始，3級以上地震次數(shù)不斷猛增。2009年20起，2010年35起，2011年64起。2012年回落至35起，但2013年反彈至109起，2014年達到585起。2016年9月，該州中北部發(fā)生5.6級地震，為該州有記錄以來最強地震。

　　彼時，斯坦福大學研究人員曾在美國《科學進展》雜志上發(fā)表報告稱，俄克拉何馬州之所以變得地震頻發(fā)，主要原因是當?shù)仄髽I(yè)把用水力壓裂法開采油氣時產(chǎn)生的大量含鹽廢水回注到地球深處沉積層。

　　來自中國石油西南油氣田公司的余婷婷等人于2013年發(fā)表的《頁巖氣開發(fā)面臨的環(huán)保挑戰(zhàn)及建議》一文提出，大面積規(guī)模化開采頁巖氣引起斷層活化，進而可能誘發(fā)地震和滑坡等地質(zhì)災害。2012年4月，美國地質(zhì)調(diào)查局公布的一份報告稱，從阿拉巴馬州到北方落基山脈的美國中西部地區(qū)近十年來地震頻發(fā)“幾乎可以肯定是人為的”，其中石油和天然氣鉆探活動，尤其是頁巖氣開發(fā)使用的水力壓裂法以及該方法涉及的廢水處理井都同地震次數(shù)增加有關。

　　上文還舉例稱，德克薩斯大學和南衛(wèi)理工會大學的地震學家所做的研究表明：美國德克薩斯州克利本小鎮(zhèn)2008—2009年間的地震與巴奈特頁巖(Barnett shale)開發(fā)過程中的水力壓裂沒有決定性關系，但將氣井生產(chǎn)產(chǎn)生的大量含鹽地層水注入回注井可能會誘發(fā)附近的地震活動。

　　在加拿大西部一些地區(qū)，油氣開采過程中的水力壓裂誘發(fā)了許多小地震及中地震。2016月11月，加拿大卡爾加里大學教授David Eaton和博士后鮑學偉在頂級學術期刊《Science》上發(fā)表題為“Fault activation by hydraulic fracturing in western Canada”(加拿大西部水力壓裂引發(fā)的斷層活化)的最新研究，解釋了水力壓裂誘發(fā)地震的機制。兩位研究者對2014年12月到2015年3月間加拿大西部地區(qū)阿爾特拉Fox Creekfu附近發(fā)生的中小型地震和6個水力壓裂作業(yè)點進行了追蹤，并對水力壓裂作業(yè)點附近的已有斷層結構進行高清解析，發(fā)現(xiàn)水平井壓裂活化斷層的兩種不同過程：(1)滲入附近斷層的壓裂流體增加其孔隙壓強;(2)水力壓裂本身造成的地應力變化。

　　那么，上述研究結論能推導出水力壓裂和注水直接引發(fā)了四川榮縣的近三次地震嗎?只能說不排除兩者有關，但頁巖氣開采是最近地震的決定性因素嗎?仍然無法確定。

　　三次地震發(fā)生后，中國地震臺網(wǎng)中心和四川省地震預報研究中心專家分析認為，榮縣連發(fā)地震的原因主要有兩個方面：一是榮縣屬于四川中等地震活動區(qū)域。震中附近100千米范圍內(nèi)有較小規(guī)模的斷裂9條，其中距震中最近的斷裂為長山鎮(zhèn)斷裂，距離僅約15千米。自1970年四川地震臺網(wǎng)有記錄以來，震中附近50千米范圍內(nèi)發(fā)生4.0級以上地震5次，最大為1985年3月29日自貢4.8級地震。二是近期屬于四川地震的相對活躍期。四川地震活動在時間上具有一定的規(guī)律性，目前四川地震活動處于相對頻繁和強烈的時期，榮縣地區(qū)近幾年來也出現(xiàn)小震持續(xù)活躍。

　　四川省地震局專家對此解釋說，根據(jù)地震波記錄和震源機制解，還無法確定地震與當?shù)毓I(yè)開采的關系。從目前的地震波分析來看，地震與該地區(qū)的背斜構造，特別是與一些小斷裂有關?！斑€需要進行更多更深入的研究，才能確定人類活動和地震的關系。從目前的波形記錄和震源機制解來看，榮縣地震屬于構造性地震。”構造地震也稱“斷層地震”，由地殼(或巖石圈，少數(shù)發(fā)生在地殼以下的巖石圈上地幔部位)發(fā)生斷層而引起。地殼(或巖石圈)在構造運動中發(fā)生形變，當變形超出了巖石的承受能力，巖石就發(fā)生斷裂，在構造運動中長期積累的能量迅速釋放，造成巖石振動，從而形成地震。

　　此外，果殼網(wǎng)地質(zhì)學科普作者“云舞空城”認為，兩天三次震級相似的地震很正常，一次“地震序列”除了一個主震加若干個小余震的類型外，還有雙主震型地震、震群型地震等。最近兩三天發(fā)生在自貢及周邊的地震實質(zhì)上都屬于一場地震。

　　最后，既然頁巖氣水力壓裂開發(fā)有潛在的環(huán)境風險、開采成本成本又高，為何還要選擇頁巖氣?2018年，中國超過日本成為世界最大的天然氣進口國，對外依存度升至45%左右，且今年還將繼續(xù)上升。要實現(xiàn)與中國天然氣消費增長前景相匹配的“力爭到2020年底前國內(nèi)天然氣產(chǎn)量達到2000億立方米以上”目標，非常規(guī)天然氣是必要組成部分，其開發(fā)無法忽視。