在有些地方,特別是美國俄亥俄州和俄克拉荷馬州(Oklahoma),在深井中注射水力壓裂的液體似乎會明顯導致地震頻率上升。雖然它們引起的地震都很微小地面不會感受到晃動,但是俄克拉荷馬州在2011年的5.6級地震就足以造成嚴重損失。

  5.6級地震規模足以引發媒體爭相報道,但這並不是人類首次因水力壓裂引發的地震。水力壓裂是地熱發電設計相關團隊關心的項目,他們需要利用這個技術把水注射到足夠深的地下利用地熱達到蒸汽發電的目的。而在未來,水力壓裂技術還可能把二氧化碳儲存到地下。

  地震一般發生原因是兩塊岩石突然斷裂並形成斷層,活動的過程中釋放能量引起能讓我們在地面感受到的震動。這些岩石一般情況下是會因爲摩擦力停留在某個點,但是來自各個方向的推/拉力會讓它慢慢產生張力,如此以來就會打敗讓它們定住的摩擦力又沿着被隔斷的部分移動。

  但是在很多情況下這種原因都不是常見原因,當岩石的滑動速度大於0的時候,摩擦力也會增強從而剋制張力。所以那塊岩石不會一下子跳到某個點產生劇烈地震,而是慢慢沿着斷層緩緩“蠕動”。

  關於水力壓裂技術導致地震的標準解釋是,因爲加壓水抵消了一些讓巖塊停止的向下壓力,結果讓摩擦力變弱岩石滑動速度變快了一點。也就是說,如果這塊石頭本身就沒有被施加且被摩擦力攔住待解放的各種壓力、張力,我們的人爲活動是不會引起地震的。但是有跡象表明,在注入液體進地下時會產生與地震不一樣的巖塊移動,巖塊的距離比我們所瞭解的地震基礎知識更大。

  爲了探索水力壓裂技術是如何與地震產生聯繫、並觀察地下到底發生了什麼,法國艾克斯-馬賽大學地質學家Yves Guglielmi帶領了一個團隊選擇了一處斷層並給它注滿水。這塊不活躍的斷層來自於法國東南部一塊地震研究基地,中間有些碳酸鹽巖穿刺而入。在給斷層鑽了個井孔之後他們在裏面放入了一個特殊設備監控斷層狀況,設備被固定在斷層兩側的岩石上,上面有許多傳感器能檢測到附着的岩石往任何方向的細微移動。這個井孔附近還分佈了一些地震檢波器以探測地下微小的震動。

  研究員們接下來網斷層裏注入了加壓水,位置在放了設備的深井(大概在280米深)裏面。在剛開始的18分鐘裏面都沒有檢測到地震,甚至當水壓增加之後斷層岩石的震動距離也才0.3毫米。不久之後,檢測到一個微地震,接下來5分鐘裏又接踵而來更多微地震,蠕動的頻率也都被捕捉、記錄下來了。在第一次地震開始之前,斷層巖塊的移動距離實際上只有十幾分之一毫米,隨着地震持續距離拉大的速度也變慢了。

  到實驗結束後,岩石大概沿斷層移動了1.2毫米,絕大多數都是蠕動並沒有地震運動。哪怕是80次微地震加起來也不足以形成0級地震。還有一點比較有趣的是,地震似乎並沒有發生在水壓上升的斷層位置。這樣看來,並不是水壓直接導致地震而是緩慢移動的斷層岩石產生了局部的壓力產生的蠕動。可能是因爲斷層面並不是均勻的面,摩擦力在不同的位置有大小之分。

  總的來說,斷層是可以移動的,因爲摩擦力增長的速度會比它的移動速度快。

  這個實驗的結果表明,巖塊蠕動可能和水壓技術脫不開乾洗,甚至還可能對岩石的反應起主導作用。關於注水印發地震的案例,我們還需要更多的研究獲取更多信息。不過有科學家指出可以在水力壓裂技術應用區域放置地震監測儀來幫助發現震前跡象在地震發生之前把水壓降下來避免“天災”。

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