2017年11月15日,韩国发生里氏5.5级地震,是由于地热发电而向地下注水引起的。两项新的研究表明,可能由于浦项发电厂(Pohang power plant)向已经含有压力的地层注入水导致附近的断层带破裂。

韩国热电厂向地下注水吸热,引发了一场5.5级的地震!

如果证实该电站是罪魁祸首,那么这场引起70人受伤、造成5000万美元损失的地震,将会是由增强型地热系统(EGS)引发的有史以来最大的一次地震。这项技术包括高压泵送冷水到地下以扩大现有的小裂缝,为水的循环创造路径,并由热岩石加热。然后,电站就回收得被加热的水并将热量转化为能量。

研究人员检查了当地的地震网络数据,以确定地震发生的地点和时间,6个前震和数百次余震,以确定地震是否与浦项热电站的流体注入有关。韩国釜山国立大学的地质学家Kwang-Hee Kim和他的同事在4月26日的《科学》杂志上报道说,几乎所有的地震都发生在距电站几公里以内,地表以下4到6公里的地方。研究人员发现,这些因素,再加上注射前该地区无地震活动,都表明此次地震是由注射造成的。

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另一个由瑞士苏黎世ETH的地震学家Francesco Grigoli领导的研究小组使用了同样的方法,但分析了来自区域和国际的数据,数据不是来自当地的地震台。在4月26日的《科学》杂志上发表的第二篇论文中,研究人员得出了类似的结论。Grigoli和他的同事们指出,这些发现可能将改变地热行业的“游戏规则”,促使人们重新评估与EGS相关的危险。

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先前的研究表明,诱发地震可以与注入到地下的液体的数量密切相关,无论是水力压裂法,废水处理或EGS。研究人员说,体积越高,相关的地震就越强,因为流体注射会增加地下压力,使岩层骨折更容易断裂。在美国,2011年发生在俄克拉荷马州的里氏5.7级地震,是由石油钻探产生的2000万吨废水引发的。

此前已知由EGS触发的最大地震是在瑞士巴塞尔的3.4级地震,这是一系列地震中的一个,最终导致了那里的地热发电厂的关闭。

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研究人员最初认为注入量太小,不会引起太大的震动。浦项电站在2016年年初开始注水,在2017年地震前注水水量达到12800立方米。早期的地震很小:基姆和他的同事发现,每一次注入水的脉冲之后,几天后都会发生一系列小地震。但是,随着每一次注射后地下的总容积增加,地震也会变得更强,研究小组报告说,这表明即使是地下压力较小的增加也会导致某些断层破裂,这取决于断层带的构造。

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自2016年年初以来,浦项电站已经向地面注入了12800立方米的水。当地地震台网记录了每一次脉冲后不久的小震群,之后,该电站抽走了一些水以减轻压力。图中右轴上的数字表示地震震级和每立方米的地下水量的总和乘以1000。2017年11月的地震发生在最后一次脉冲后的两个月。

斯坦福大学地质学家威廉·埃尔斯沃斯(William Ellsworth)说,韩国政府目前正在对11月15日的地震是否与EGS活动有关进行调查。该电厂的运营已经暂停,直到调查完成。

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在过去的几百年里,这个国家坐落在多条断层线之上,发生过几次大地震,有的震级高达7级。自1905年以来,地震活动一直很低。但一些研究显示,2011年日本东北地区的9级地震可能增加了附近朝鲜半岛的地下压力,导致其地震活动增加。

“这仍然是一场激烈的科学辩论,”埃尔斯沃斯说。“这次地震提供了一个不寻常的机会,让我们更清楚地了解注射与引发地震之间的联系。”

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