美國頁巖氣開采與揮之不去的“地震陰影”

  頁巖氣開采與誘發(fā)地震之間關(guān)聯(lián)的討論近年來在西方國家屢被提及。尤其是在最早進行頁巖氣開采,也是規(guī)模最大的美國,這一爭議話題更是一度被社會各界所關(guān)注。頁巖氣開采中應(yīng)用的新技術(shù)究竟是否會導(dǎo)致地震活動更頻繁地發(fā)生?頁巖氣開采和地震之間的關(guān)系是怎樣的?

  美國開采頁巖氣的歷史

  頁巖氣,是指蘊藏于地底頁巖層中的天然氣。而對其進行開采,需要使用一些特殊的技術(shù),包括水力壓裂技術(shù)——將深直井打到幾千米的地下,再向水平方向鉆進數(shù)百米到上千米,將大量摻入化學(xué)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。

  世界上對頁巖氣資源的研究和勘探開發(fā)最早始于19世紀的美國,然而直到20世紀中期,第一口頁巖氣井鉆才在美國東部進入規(guī)模生產(chǎn),此后頁巖氣勘探開發(fā)區(qū)逐漸擴展到儲量最豐富的美國中西部。

  長期以來,由于技術(shù)限制,頁巖氣被認為是無法大規(guī)模商業(yè)開發(fā)的資源。 然而面對傳統(tǒng)天然氣儲量的下滑,美國聯(lián)邦政府對許多替代能源項目進行了投資,其中就包括頁巖氣開采。1998年,美國Mitchell Energy公司終于成功實現(xiàn)了第一次具有經(jīng)濟效益的頁巖壓裂,引發(fā)了“頁巖氣革命”。此后,頁巖氣成為了美國發(fā)展最為迅猛的主要能源組成部分。

  2008年前后,美國頁巖氣產(chǎn)量猛增;2009年,美國以6240億立方米的產(chǎn)量首次超過俄羅斯成為世界第一大天然氣生產(chǎn)國。2000年,美國頁巖氣產(chǎn)量僅占天然氣總量的1%;而到2010年,頁巖氣所占的比重已超過20%。根據(jù)美國能源情報總署(EIA)的統(tǒng)計,2017年全美的頁巖氣產(chǎn)量約為4620億立方米,較去年增長了7%,開采量已占全美天然氣開采總量的一半以上。美國能源信息署預(yù)測,到2035年,美國46%的天然氣供給將來自頁巖氣。

  而據(jù)國際能源署估計,頁巖氣能夠從技術(shù)上增加50%的全球可開采天然氣儲量。隨著美國在頁巖氣開發(fā)上的快速發(fā)展,世界各國也紛紛開始頁巖氣開采的研究。

  頁巖氣技術(shù)與地震的關(guān)聯(lián)

  過去十年里,在美國頁巖氣開采數(shù)據(jù)“節(jié)節(jié)攀升”的同時,相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用是否導(dǎo)致了多處開采地“地震頻發(fā)”的爭論就一直沒有停過。

  美國地質(zhì)調(diào)查局(United States Geological Survey)早在2013年的美國地質(zhì)學(xué)年會上就發(fā)布報告稱,美國中西部地區(qū)近十年來的地震頻發(fā)現(xiàn)象,“幾乎可以肯定是人為的”。

  3年后在該機構(gòu)的另一份報告中,研究人員根據(jù)最新發(fā)現(xiàn)進一步指出,存在誘發(fā)地震活動風險的地區(qū),從高到低包括中西部的奧克拉荷馬州、堪薩斯州、德克薩斯州、科羅拉多州、新墨西哥州與阿肯色州等,在上述地區(qū)居住的約700萬居民身處險境。而這些地區(qū)正是美國頁巖氣開采的主要產(chǎn)區(qū),在歷史上,該地區(qū)罕有地震發(fā)生。

  上述研究指出,與傳統(tǒng)存在地震風險的地區(qū)如加利福尼亞州相比,上述地區(qū)地震風險的最大區(qū)別是人為誘因,包括開采石油及天然氣時的廢水處置。事實上,學(xué)術(shù)界對于頁巖氣開采中所采用的水力壓裂法和地震之間的關(guān)系,以及該技術(shù)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)地奧克拉荷馬州的地震頻次提高。

  奧克拉荷馬州位于美國中部,遠離所有主要斷層, 法新社報道稱,1975年至2008年,該州每年最多發(fā)生3起3.0級以上的地震。但從2009年開始,3級以上地震次數(shù)不斷猛增。2014年達到創(chuàng)紀錄的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。

  這次地震再次令外界關(guān)注油氣公司開采頁巖時向地底傾注污水,可能引發(fā)地震的問題,州政府下令震中附近37個污水井關(guān)閉。

  斯坦福大學(xué)研究人員在美國《科學(xué)進展》雜志上發(fā)表的一項研究表明,奧克拉荷馬州近幾年來地震頻發(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。研究人員認為,這種以非自然方式增加的水不斷沉積后,可以改變斷層的壓力,導(dǎo)致斷層滑動,繼而引發(fā)地震。

  就斷層會如何被“喚醒”和后果有多嚴重,科學(xué)家們分為兩派。一派認為,奧克拉荷馬州不會發(fā)生規(guī)模超過5.0級的中強震;另一派認為,可能發(fā)生7.0級強震,足以導(dǎo)致建筑物坍塌。

  “風險在于,把(廢)水回注地下后,它就再也不會流出來。這些水被注入以前從未存在的地方,回注的水量越大,影響的區(qū)域也越大。我們不清楚長期影響會是怎樣?!毖芯咳藛T指出。

  上述研究并非孤例。去年10月,美國科學(xué)家Bridget Scanlon在“ 地震研究快報”上發(fā)表論文稱,在地質(zhì)構(gòu)造中儲存采出水所造成的壓力增加,提高了了誘發(fā)地震的風險。在井內(nèi)和區(qū)域范圍內(nèi),隨著注入水量以及注入速度的增加,這種風險也會增加。

  《紐約時報》2015年的一項報道也顯示,一項科學(xué)研究將俄亥俄州斷層附近的頁巖氣開采與數(shù)十次地震聯(lián)系起來。這項發(fā)表在《美國地震學(xué)會公報》的研究表明,水力壓裂法在地下形成了壓力,會在距離油井半英里(約合800米)的現(xiàn)有斷層處造成滑移。

  而美國的地震頻發(fā)現(xiàn)象也并不是孤例?!度A爾街日報》報道指出,原本不在地震帶上的荷蘭最近幾年也地震頻發(fā),僅2012年,格羅寧根(Groningen)就發(fā)生了93次地震,最高為3.2級。而政府研究表明,這與荷蘭格羅寧根地區(qū)的頁巖氣生產(chǎn)有關(guān)。在加拿大,近年來隨著頁巖氣的開采,小型地震的數(shù)量大約每年增加了20-30起。研究人員已經(jīng)著手研究,試圖找出這些增加的微震數(shù)量與頁巖氣開采的關(guān)系。

  相關(guān)地震研究亟需跟上

  盡管美國石油協(xié)會組織曾表示,廢液井造成地震的風險比例很低。但不可否認的事實是,隨著水力壓裂法被廣泛使用,全美各地廢液井的整體數(shù)量正在急劇增長?!度A盛頓郵報》的報道就指出,僅得克薩斯州達拉斯地區(qū)面臨人為誘發(fā)地震威脅的幾率比2014年提升了10倍。

  上述報道指出,僅在得州廢液井就有5萬多口,每口井內(nèi)大約儲存著450萬加侖的廢液。聯(lián)邦緊急事務(wù)管理署估計,一旦該地區(qū)發(fā)生5.6級以上地震,將會摧毀8萬棟建筑,造成堤壩崩潰,導(dǎo)致95億美元的經(jīng)濟損失。

  “我們需要來自能源開采行業(yè)的相關(guān)信息做出更好的預(yù)測,查明危害,使得政策制定者能夠決定該怎么做。與此同時,我們也要幫助大家認識到面臨誘發(fā)地震的風險,人們需要采取預(yù)防措施,如加固建筑物或改變保險費率等,但可能需要數(shù)年時間?!泵绹刭|(zhì)調(diào)查局地震災(zāi)害專家彼得森說道。

  過去幾年,美國的頁巖氣革命幾乎重塑了美國的能源版圖。 2015年,美國解除了延續(xù)40年之久的原油出口禁令,國內(nèi)的頁巖氣開發(fā)持續(xù)增長,一改長期以來美國在全球能源市場上“買家”的身份,轉(zhuǎn)換成為一個實力派“賣家”。 美國頁巖氣革命的成功對全球能源供應(yīng)及諸多行業(yè)產(chǎn)生了深遠影響,也由此引發(fā)全球頁巖氣開發(fā)浪潮。

  然而,美國開采頁巖氣的水力壓裂法被美國地質(zhì)調(diào)查局認為可能引發(fā)地震。盡管目前仍難判斷“頁巖氣開采引發(fā)地震”這一說法的科學(xué)性,但對世界其他從事頁巖氣開采的國家而言,這或是一個及時的警鐘,與頁巖氣開采相關(guān)的地震研究亟需跟上。

關(guān)鍵詞: 區(qū)塊鏈, 頁巖氣,地震

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美國頁巖氣開采與揮之不去的“地震陰影”

發(fā)布時間:2019-02-27   來源:澎湃新聞

  頁巖氣開采與誘發(fā)地震之間關(guān)聯(lián)的討論近年來在西方國家屢被提及。尤其是在最早進行頁巖氣開采,也是規(guī)模最大的美國,這一爭議話題更是一度被社會各界所關(guān)注。頁巖氣開采中應(yīng)用的新技術(shù)究竟是否會導(dǎo)致地震活動更頻繁地發(fā)生?頁巖氣開采和地震之間的關(guān)系是怎樣的?

  美國開采頁巖氣的歷史

  頁巖氣,是指蘊藏于地底頁巖層中的天然氣。而對其進行開采,需要使用一些特殊的技術(shù),包括水力壓裂技術(shù)——將深直井打到幾千米的地下,再向水平方向鉆進數(shù)百米到上千米,將大量摻入化學(xué)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。

  世界上對頁巖氣資源的研究和勘探開發(fā)最早始于19世紀的美國,然而直到20世紀中期,第一口頁巖氣井鉆才在美國東部進入規(guī)模生產(chǎn),此后頁巖氣勘探開發(fā)區(qū)逐漸擴展到儲量最豐富的美國中西部。

  長期以來,由于技術(shù)限制,頁巖氣被認為是無法大規(guī)模商業(yè)開發(fā)的資源。 然而面對傳統(tǒng)天然氣儲量的下滑,美國聯(lián)邦政府對許多替代能源項目進行了投資,其中就包括頁巖氣開采。1998年,美國Mitchell Energy公司終于成功實現(xiàn)了第一次具有經(jīng)濟效益的頁巖壓裂,引發(fā)了“頁巖氣革命”。此后,頁巖氣成為了美國發(fā)展最為迅猛的主要能源組成部分。

  2008年前后,美國頁巖氣產(chǎn)量猛增;2009年,美國以6240億立方米的產(chǎn)量首次超過俄羅斯成為世界第一大天然氣生產(chǎn)國。2000年,美國頁巖氣產(chǎn)量僅占天然氣總量的1%;而到2010年,頁巖氣所占的比重已超過20%。根據(jù)美國能源情報總署(EIA)的統(tǒng)計,2017年全美的頁巖氣產(chǎn)量約為4620億立方米,較去年增長了7%,開采量已占全美天然氣開采總量的一半以上。美國能源信息署預(yù)測,到2035年,美國46%的天然氣供給將來自頁巖氣。

  而據(jù)國際能源署估計,頁巖氣能夠從技術(shù)上增加50%的全球可開采天然氣儲量。隨著美國在頁巖氣開發(fā)上的快速發(fā)展,世界各國也紛紛開始頁巖氣開采的研究。

  頁巖氣技術(shù)與地震的關(guān)聯(lián)

  過去十年里,在美國頁巖氣開采數(shù)據(jù)“節(jié)節(jié)攀升”的同時,相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用是否導(dǎo)致了多處開采地“地震頻發(fā)”的爭論就一直沒有停過。

  美國地質(zhì)調(diào)查局(United States Geological Survey)早在2013年的美國地質(zhì)學(xué)年會上就發(fā)布報告稱,美國中西部地區(qū)近十年來的地震頻發(fā)現(xiàn)象,“幾乎可以肯定是人為的”。

  3年后在該機構(gòu)的另一份報告中,研究人員根據(jù)最新發(fā)現(xiàn)進一步指出,存在誘發(fā)地震活動風險的地區(qū),從高到低包括中西部的奧克拉荷馬州、堪薩斯州、德克薩斯州、科羅拉多州、新墨西哥州與阿肯色州等,在上述地區(qū)居住的約700萬居民身處險境。而這些地區(qū)正是美國頁巖氣開采的主要產(chǎn)區(qū),在歷史上,該地區(qū)罕有地震發(fā)生。

  上述研究指出,與傳統(tǒng)存在地震風險的地區(qū)如加利福尼亞州相比,上述地區(qū)地震風險的最大區(qū)別是人為誘因,包括開采石油及天然氣時的廢水處置。事實上,學(xué)術(shù)界對于頁巖氣開采中所采用的水力壓裂法和地震之間的關(guān)系,以及該技術(shù)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)地奧克拉荷馬州的地震頻次提高。

  奧克拉荷馬州位于美國中部,遠離所有主要斷層, 法新社報道稱,1975年至2008年,該州每年最多發(fā)生3起3.0級以上的地震。但從2009年開始,3級以上地震次數(shù)不斷猛增。2014年達到創(chuàng)紀錄的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。

  這次地震再次令外界關(guān)注油氣公司開采頁巖時向地底傾注污水,可能引發(fā)地震的問題,州政府下令震中附近37個污水井關(guān)閉。

  斯坦福大學(xué)研究人員在美國《科學(xué)進展》雜志上發(fā)表的一項研究表明,奧克拉荷馬州近幾年來地震頻發(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。研究人員認為,這種以非自然方式增加的水不斷沉積后,可以改變斷層的壓力,導(dǎo)致斷層滑動,繼而引發(fā)地震。

  就斷層會如何被“喚醒”和后果有多嚴重,科學(xué)家們分為兩派。一派認為,奧克拉荷馬州不會發(fā)生規(guī)模超過5.0級的中強震;另一派認為,可能發(fā)生7.0級強震,足以導(dǎo)致建筑物坍塌。

  “風險在于,把(廢)水回注地下后,它就再也不會流出來。這些水被注入以前從未存在的地方,回注的水量越大,影響的區(qū)域也越大。我們不清楚長期影響會是怎樣?!毖芯咳藛T指出。

  上述研究并非孤例。去年10月,美國科學(xué)家Bridget Scanlon在“ 地震研究快報”上發(fā)表論文稱,在地質(zhì)構(gòu)造中儲存采出水所造成的壓力增加,提高了了誘發(fā)地震的風險。在井內(nèi)和區(qū)域范圍內(nèi),隨著注入水量以及注入速度的增加,這種風險也會增加。

  《紐約時報》2015年的一項報道也顯示,一項科學(xué)研究將俄亥俄州斷層附近的頁巖氣開采與數(shù)十次地震聯(lián)系起來。這項發(fā)表在《美國地震學(xué)會公報》的研究表明,水力壓裂法在地下形成了壓力,會在距離油井半英里(約合800米)的現(xiàn)有斷層處造成滑移。

  而美國的地震頻發(fā)現(xiàn)象也并不是孤例?!度A爾街日報》報道指出,原本不在地震帶上的荷蘭最近幾年也地震頻發(fā),僅2012年,格羅寧根(Groningen)就發(fā)生了93次地震,最高為3.2級。而政府研究表明,這與荷蘭格羅寧根地區(qū)的頁巖氣生產(chǎn)有關(guān)。在加拿大,近年來隨著頁巖氣的開采,小型地震的數(shù)量大約每年增加了20-30起。研究人員已經(jīng)著手研究,試圖找出這些增加的微震數(shù)量與頁巖氣開采的關(guān)系。

  相關(guān)地震研究亟需跟上

  盡管美國石油協(xié)會組織曾表示,廢液井造成地震的風險比例很低。但不可否認的事實是,隨著水力壓裂法被廣泛使用,全美各地廢液井的整體數(shù)量正在急劇增長?!度A盛頓郵報》的報道就指出,僅得克薩斯州達拉斯地區(qū)面臨人為誘發(fā)地震威脅的幾率比2014年提升了10倍。

  上述報道指出,僅在得州廢液井就有5萬多口,每口井內(nèi)大約儲存著450萬加侖的廢液。聯(lián)邦緊急事務(wù)管理署估計,一旦該地區(qū)發(fā)生5.6級以上地震,將會摧毀8萬棟建筑,造成堤壩崩潰,導(dǎo)致95億美元的經(jīng)濟損失。

  “我們需要來自能源開采行業(yè)的相關(guān)信息做出更好的預(yù)測,查明危害,使得政策制定者能夠決定該怎么做。與此同時,我們也要幫助大家認識到面臨誘發(fā)地震的風險,人們需要采取預(yù)防措施,如加固建筑物或改變保險費率等,但可能需要數(shù)年時間?!泵绹刭|(zhì)調(diào)查局地震災(zāi)害專家彼得森說道。

  過去幾年,美國的頁巖氣革命幾乎重塑了美國的能源版圖。 2015年,美國解除了延續(xù)40年之久的原油出口禁令,國內(nèi)的頁巖氣開發(fā)持續(xù)增長,一改長期以來美國在全球能源市場上“買家”的身份,轉(zhuǎn)換成為一個實力派“賣家”。 美國頁巖氣革命的成功對全球能源供應(yīng)及諸多行業(yè)產(chǎn)生了深遠影響,也由此引發(fā)全球頁巖氣開發(fā)浪潮。

  然而,美國開采頁巖氣的水力壓裂法被美國地質(zhì)調(diào)查局認為可能引發(fā)地震。盡管目前仍難判斷“頁巖氣開采引發(fā)地震”這一說法的科學(xué)性,但對世界其他從事頁巖氣開采的國家而言,這或是一個及時的警鐘,與頁巖氣開采相關(guān)的地震研究亟需跟上。

      關(guān)鍵詞:電力, 頁巖氣,地震


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