頁(yè)巖氣開發(fā)需要更多監(jiān)管和協(xié)調(diào)機(jī)制

事件

6月17日22時(shí)55分，四川省宜賓市長(zhǎng)寧縣發(fā)生6.0級(jí)地震。截至18日14時(shí)50分，地震共造成13人死亡。

由于此次地震發(fā)生地長(zhǎng)寧，恰是國(guó)家頁(yè)巖氣開發(fā)的重點(diǎn)區(qū)塊，且四川地區(qū)有多個(gè)國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣開發(fā)區(qū)，關(guān)于頁(yè)巖氣開發(fā)是否誘發(fā)地震這個(gè)話題，又一次被網(wǎng)友熱議。

這并不是首例頁(yè)巖氣開采區(qū)發(fā)生地震，今年2月，四川省自貢市榮縣兩天內(nèi)發(fā)生三起4級(jí)以上地震，當(dāng)?shù)亟型Ａ隧?yè)巖氣開采作業(yè)。

各方觀點(diǎn)

四川地震局：宜賓長(zhǎng)寧地震為天然地震未受頁(yè)巖氣開采影響

據(jù)中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào)報(bào)道，四川省地震局四川地震預(yù)報(bào)研究中心主任杜方表示，經(jīng)過(guò)該局一上午的震情趨勢(shì)會(huì)商，認(rèn)為長(zhǎng)寧縣地震屬于自然地震，未受到人工干預(yù)的影響。

杜方介紹，川南地區(qū)屬于我國(guó)大陸華南地塊與青藏地塊的結(jié)合地帶，宜賓地區(qū)位于比較穩(wěn)定的華南地塊，這里沒(méi)有大規(guī)模的構(gòu)造，主要是一些小的構(gòu)造。歷史上以中等、四五級(jí)地震活動(dòng)為主。

經(jīng)過(guò)判斷，四川省地震局認(rèn)為長(zhǎng)寧地區(qū)的斷裂帶的長(zhǎng)度只有20余公里，由于規(guī)模較小，因此發(fā)震能力小。與之相比龍門山的斷裂帶長(zhǎng)達(dá)500公里，而且平行有三組，因此可以有8級(jí)地震的承載力。

“長(zhǎng)寧地區(qū)的斷裂帶零碎、小，而且縱橫交錯(cuò)，因此未來(lái)可能還會(huì)出現(xiàn)4-5級(jí)的地震活動(dòng)，但短期發(fā)生更大級(jí)別的余震可能性小。”杜方表示，但是震區(qū)應(yīng)該加強(qiáng)防范，避免余震帶來(lái)的房屋倒塌等次生災(zāi)害。

杜方認(rèn)為，從已知的地質(zhì)數(shù)據(jù)看，本次地震為天然地震，與當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)構(gòu)造、應(yīng)力有關(guān)，而非人工干預(yù)。“比如震源深度、波形都有差異，因此我們認(rèn)為與頁(yè)巖氣開采沒(méi)有關(guān)系。”

國(guó)內(nèi)外專家觀點(diǎn)：能否誘發(fā)地震尚無(wú)定論 需要公開更多相關(guān)數(shù)據(jù)

ECF國(guó)際頁(yè)巖氣論壇今年3月19日轉(zhuǎn)發(fā)《中國(guó)新聞周刊》第891期首發(fā)的一篇《頁(yè)巖氣開發(fā)能否誘發(fā)地震》，比對(duì)了中國(guó)頁(yè)巖開發(fā)與北美地區(qū)在行業(yè)規(guī)范、數(shù)據(jù)公開等方面存在的差距，這是目前國(guó)內(nèi)對(duì)頁(yè)巖氣開發(fā)與地震關(guān)系比較全面客觀的一篇報(bào)道。

報(bào)道指出，不一樣的自然環(huán)境不僅抬高了中國(guó)頁(yè)巖氣的開采成本，還讓頁(yè)巖氣與地震的關(guān)系成為一個(gè)亟待中國(guó)自己開展研究的新課題。

“水力壓裂制造微裂隙的過(guò)程中，一定會(huì)伴隨微地震的活動(dòng)，但這種微地震與天然的構(gòu)造地震不可同日而語(yǔ)。”澳大利亞昆士蘭大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)院的趙爭(zhēng)光博士指出：“水力壓裂產(chǎn)生的這種地震，震級(jí)一般都會(huì)在零級(jí)以下，相當(dāng)于放鞭炮釋放的能量，在地面上的人是沒(méi)有感覺(jué)的。”

中石油東方物探水力壓裂微地震監(jiān)測(cè)專家余剛解釋說(shuō)：“我們?cè)谒拇ㄗ隽舜罅康膶?shí)際數(shù)據(jù)采集，水力壓裂產(chǎn)生的微裂縫水平方向延伸一兩百米，高度一般延伸幾十米，整個(gè)被改造體積在地殼尺度上范圍很小。這些微破裂的位移都是毫米級(jí)的，壓裂的應(yīng)力也很有限。而4級(jí)地震這么大的破壞，錯(cuò)位都是幾十個(gè)厘米，起碼得好多個(gè)原子彈的能量才能引發(fā)這一場(chǎng)地震。”余剛還指出，四川頁(yè)巖氣開采的水力壓裂位置在地下兩三千米，而天然地震的震源往往深得多。

2016年，在加拿大卡爾加里大學(xué)做博士后的鮑學(xué)偉在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了題為《加拿大西部水力壓裂引起斷層活化》的文章。該研究對(duì)比了加拿大西部的地震數(shù)據(jù)與水力壓裂數(shù)據(jù)，表明地震在時(shí)空上都集中在水力壓裂點(diǎn)附近，水力壓裂作業(yè)引起的地應(yīng)力變化可以使天然斷層滑動(dòng)超過(guò)1000米;水力壓裂的施工壓力作用于天然斷層，可產(chǎn)生持續(xù)數(shù)月的地震。

但另一篇文章的觀點(diǎn)正好與之相左。2017年，加拿大阿爾伯塔大學(xué)教授Mirko Van der Baan課題組在美國(guó)地球物理學(xué)會(huì)期刊《地球化學(xué)、地球物理學(xué)、地球系統(tǒng)》發(fā)表了《美國(guó)與加拿大的人工誘發(fā)地震與大規(guī)模油氣開采》一文。該研究統(tǒng)計(jì)了北美兩國(guó)油氣開采最活躍地區(qū)近50年的地震發(fā)生頻率，發(fā)現(xiàn)日益增加的油氣開采活動(dòng)與地震沒(méi)有相關(guān)性。不過(guò)，令人關(guān)注的是，Baan團(tuán)隊(duì)的資助方有殼牌、雪弗龍和赫斯基等國(guó)際石油巨頭的背景，而鮑學(xué)偉的研究經(jīng)費(fèi)則來(lái)自加拿大自然科學(xué)與工程研究理事會(huì)及卡爾加里大學(xué)。

有地震研究專家強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“頁(yè)巖氣開采和地震的關(guān)系問(wèn)題需要在具體地區(qū)進(jìn)行具體研究，因?yàn)椴煌膸r石與地質(zhì)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能差別很大。即使知道一般原理，還需要得到具體的觀測(cè)數(shù)據(jù)。”

檢索國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，中國(guó)頁(yè)巖氣開采與地震的相關(guān)性的研究數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于美國(guó)和加拿大。在為數(shù)不多的中國(guó)案例研究中，期刊影響因子最高的是日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所上級(jí)研究員雷興林2017年發(fā)表在《科學(xué)報(bào)道》(Scientific Report)的《中國(guó)四川盆地頁(yè)巖氣水力壓裂導(dǎo)致斷層再活化并誘發(fā)MW4.7級(jí)地震》。該研究地區(qū)位于四川盆地上羅及其周邊頁(yè)巖氣區(qū)塊，研究認(rèn)為，在地下2.3~3公里深度范圍內(nèi)的水力壓裂短期(每個(gè)井?dāng)?shù)月)注水過(guò)程，可以誘發(fā)一系列最高可達(dá)MW4.7級(jí)的地震。

文章呼吁：“因?yàn)樗拇ㄅ璧刂械乃毫炎鳂I(yè)正如火如荼展開，研究也將有利于地球科學(xué)、天然氣公司、管理部門和學(xué)術(shù)界共同探討顯著的注水誘發(fā)地震的地區(qū)因素，以確保頁(yè)巖氣水力壓裂有效進(jìn)行和安全實(shí)施。”

該論文第一作者雷興林2013年在接受媒體采訪時(shí)表示，由于相關(guān)企業(yè)對(duì)油氣開采和注水作業(yè)數(shù)據(jù)諱莫如深，研究者往往等到頻繁的小震活動(dòng)或中級(jí)規(guī)模地震發(fā)生后才介入研究。

曾有地震專家指出，目前中國(guó)暫時(shí)沒(méi)有相關(guān)機(jī)制，保證科研人員可以從油田單位獲得這些數(shù)據(jù)。國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣的開采主要由“三桶油”(中石油、中石化和中海油)承擔(dān)，地震局往往顯得弱勢(shì)。此前某地發(fā)生地震后，地震局出面去油田單位查詢數(shù)據(jù)，也遭到拒絕。報(bào)道稱，目前僅有重慶市地震局與相關(guān)頁(yè)巖氣勘探單位建立了協(xié)調(diào)機(jī)制，共享數(shù)據(jù)以研究頁(yè)巖氣開采和地震之間的關(guān)系。

美國(guó)地震學(xué)會(huì)：水力壓裂作業(yè)或引發(fā)四川地震

根據(jù)美國(guó)地震學(xué)會(huì)發(fā)布于2019年4月5日的一篇文獻(xiàn)表示，《地震研究快報(bào)》(Seismological Research Letters, SRL)發(fā)表的一項(xiàng)最新研究表明，去年12月和今年1月在中國(guó)四川省南部發(fā)生的兩次中等規(guī)模地震可能是由附近的水力壓裂作業(yè)誘發(fā)的。

在美國(guó)，科學(xué)家們普遍認(rèn)為石油和天然氣產(chǎn)業(yè)的廢水回注(油氣提取過(guò)程中伴生的水被注入深部巖層)是該區(qū)特別是俄克拉荷馬州誘發(fā)地震的主要原因。然而，越來(lái)越多的證據(jù)表明，在油氣開采過(guò)程中通過(guò)高壓注入水來(lái)破碎巖層的水力壓裂可能在俄亥俄州，俄克拉荷馬州和加拿大西部的某些地區(qū)誘發(fā)了中等規(guī)模的地震。

日本地質(zhì)調(diào)查局的雷興林和他的同事們認(rèn)為，廢水處理和水力壓裂都引發(fā)了四川盆地南部的地震。在他們發(fā)表在SRL的新研究中，研究人員提出了“完整的證據(jù)鏈“，表明12月和1月的地震是由水力壓裂作業(yè)誘發(fā)的。

他們確定了地震的震源位置，發(fā)現(xiàn)地震相對(duì)較淺 (地表以下兩到十公里)，符合誘發(fā)地震的預(yù)期深度。12月和1月的地震在時(shí)間和空間上也與在附近的水平井簇的壓裂密切相關(guān)。當(dāng)然，他們沒(méi)有更精確的壓裂數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)一步理解注水與地震活動(dòng)之間的關(guān)系。

雷和同事對(duì)地震活動(dòng)的統(tǒng)計(jì)建模分析顯示，大部分地震活動(dòng)來(lái)自最初的主震，余震活動(dòng)很少，這也與典型的誘發(fā)地震的模式一致。最后，他們通過(guò)計(jì)算表明，水力壓裂的高壓注水對(duì)巖石孔隙產(chǎn)生的超壓強(qiáng)到足以激活該地區(qū)先前存在的斷層。研究人員指出，這些斷層大多是未知的(沒(méi)有地圖繪制)，在通常的構(gòu)造應(yīng)力下，斷層的產(chǎn)狀(延伸方向和傾斜角度)不利于滑動(dòng)并會(huì)產(chǎn)生地震的。

雷說(shuō)，“對(duì)于大多數(shù)井場(chǎng)，相關(guān)的地震活動(dòng)在水力壓裂結(jié)束或停止后迅速消失”。他進(jìn)一步指出，相關(guān)的分析方法有助于從初期的地震活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)斷層被重新激活的跡象。

他補(bǔ)充說(shuō)：“在我看來(lái)，對(duì)于被活化了斷層，只要水力壓裂持續(xù)，就可能持續(xù)誘發(fā)中等強(qiáng)度的地震，因?yàn)橹械鹊卣疳尫诺膽?yīng)變非常有限。有關(guān)部門應(yīng)該更新相應(yīng)的國(guó)家法規(guī)，在觀察到一定的斷層活動(dòng)跡象時(shí)，要求操作人員采取必要行動(dòng)。”

這幾位研究人員表示，他們需要更多更詳細(xì)的圍繞壓裂井場(chǎng)的斷層分布及其應(yīng)力場(chǎng)信息，以研究如何避免破壞性地震的發(fā)生。雷說(shuō), “在四川盆地，中等規(guī)模誘發(fā)地震發(fā)生在有限的幾個(gè)井場(chǎng)附近。 如果可以事先篩選出這些地點(diǎn)，破壞性地震的風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)大大降低。”

雷和他的同事們希望研究人員、監(jiān)管機(jī)構(gòu)和油氣運(yùn)營(yíng)商共同努力, 更好地了解是什么原因?qū)е铝怂拇ㄅ璧啬喜康淖⑺T發(fā)地震活動(dòng)，從而為提高相應(yīng)產(chǎn)業(yè)的有效性和安全性提供知見。