我和马克·克里斯蒙坐在他俄克拉荷马州的房子外面，看着池塘边开满的萱草，这时一阵远处的轰鸣声打断了我们的谈话。“你感觉到了吗？”克里斯蒙问道。“安静点。坐着别动。”他是一个瘦长的 76 岁老人，从电子行业退休，头发梳得一丝不苟，从红润的脸上向后梳着。轰鸣声持续不断，每分钟一两次；我能感觉到它们在我皮肤下震动。“那是一次小地震，”他说，声音在声音再次响起几秒后才传来。“又来了。我们去看看地震仪——我给你看看它是什么样的。”
我们走进他的车库。那是七月，斯蒂尔沃特北部的乡村气温接近 100 度。这个建筑里堆满了冷冻柜，克里斯蒙夫妇在那里储存他们种植、捕获、射杀和熏制的食物。鹿和郊狼的尾巴挂在波纹金属墙上。在角落的桌子上，摆放着一瓶贴着手写标签的桃子白兰地，旁边是一台戴尔笔记本电脑，通过电缆连接到一个埋在地下的地震仪。俄克拉荷马州立大学的科学家们在 2014 年将这个地震仪给了克里斯蒙，作为监测该州当前地震频发项目的一部分。
他吸了一口烟，然后将注意力转向屏幕上滚动的三个平行条：底部是蓝色，中间是红色，顶部是绿色。它们大部分是直线，但在我们感受到震动的几分钟里变得锯齿状。“你愿意日夜忍受这个吗？”他问道。
克里斯蒙每天会在这里坐十几个小时。他早上六点开始工作，然后用数码相机拍摄屏幕上的尖峰，以记录他所称的日益增长的威胁（尽管数据无论如何都会被记录下来）。有很多东西可以拍摄：俄克拉荷马州，该州历史上 3.0 级或以上的地震很少，但从 2009 年开始就经常发生震动。俄克拉荷马地质调查局记录到 2012 年有 35 次这样的地震，2013 年有 109 次，2014 年有 584 次。（之前的年平均次数不到两次。）截至 10 月下旬，2015 年的数字已经超过了 700 次。
科学家们已经找到了原因：石油和天然气行业将废水深埋地下的做法。
大陆下方的花岗岩基岩，位于俄克拉荷马州小麦和苜蓿田下方一英里深处，充满了断层。通常，自然应力会夹紧岩石，使其无法移动——托德·哈利汉，俄克拉荷马州立大学的地球物理学家说，这就像“一个从东西两侧被压紧的虎钳，有人在拧螺丝。”他说，注入足够的深度的流体，它会进入花岗岩的裂缝中，实际上起到了润滑岩石的作用，并导致断层滑动。
哈利汉将此比作桌面气球曲棍球。“关闭时，球移动得不是特别好，”他说。“打开空气，就像你在注入一样。那个球移动得非常好。”
不仅仅是在俄克拉荷马州，我们给了那个比喻意义上的球更多的滑动空间。我们的物种，有意无意地，不断地发现新的释放地震的方法。我们通过修建水库、挖掘矿井、测试核武器、开发地热能源以及将二氧化碳注入地下以减缓全球变暖来摇晃地面。
有时，这些地震以克里斯蒙和我在他家外面感受到的震动形式出现。有时，它们会摧毁建筑物并夺走生命。无论它们发生在哪个地区，无论是中西部、加州、瑞士、印度还是中国，一些感受到震动的人们正在问：我们能控制这些震动吗，还是破坏性的地震将是未来的必然结果？
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我们首次认识到人造地震的问题是在 20 世纪初，当时它们开始袭击南非金矿和欧洲煤矿周围的地区。矿井上方岩石塌陷时释放的引力能量引发了它们。
直到 20 世纪 30 年代，美国人才注意到我们自己土壤下的人造地震。当工程师们在胡佛大坝后面建造米德湖时，突然增加了 120 亿吨的水，显然引发了亚利桑那州和内华达州边界沿线的数百次小型震动。
“这是一个‘顿悟时刻’，是科学上的一个重要里程碑，”美国地质调查局名誉地震学家、斯坦福大学地球物理学教授比尔·埃尔斯沃思说。自那时以来，水库与世界各地毁灭性地震有关：1967 年印度科伊纳大坝附近发生的 6.3 级地震，造成 200 人死亡，而 2008 年中国四川发生的 7.9 级大地震，震毁了学校和医院，造成超过 80,000 人死亡或失踪，虽然关联性更具推测性。据自然灾害研究员克里斯蒂安·克洛斯称，四川地震发生在距离紫坪铺水库不到 6 英里的地方，他已将那里的水位与震动频率联系起来。
俄克拉荷马州最不祥的预兆出现在 20 世纪 60 年代，当时一系列地震袭击了通常平静的丹佛地区。在 1962 年的两个特别热闹的日子里，震动震碎了窗户，墙壁出现了裂缝，电插座也悬挂在电线上。一份来自杜邦（丹佛以北的一个城镇）的联邦现场报告写道：“孩子们吓得哭了。”
科学家们将这次地震活动增加追溯到落基山脉军械库，这是一个制造化学武器和火箭燃料的陆军基地。在震动开始前几周，该军械库开始将废水注入地下 2 英里深的水晶基岩。1966 年停止注水后，震动持续了一年才停止：1967 年发生了一次 5.3 级地震，导致烟囱砖块掉落，造成超过 100 万美元的损失。
一位名叫大卫·埃文斯的地理学家发现了军械库注水量与地震次数之间的关联，并提出了因果关系。（为了说明润滑岩石如何滑动，据报道，埃文斯会表演“库尔斯实验”：他在啤酒罐底部打孔，然后展示渗出的液体是如何使其在斜坡上更容易滑落的。）陆军否认了埃文斯的假设，但美国地质调查局的研究人员证明了他的观点，他们通过系统地向科罗拉多州兰利油田注入流体，很快就引发了地震活动。
从那时起，科学家们在记录地震活动变化方面变得更加成熟。在兰利以南约 200 英里处的科罗拉多州悖论谷，美国垦务局一直在向深层石灰岩层注入含盐地下水，以防止其污染河流。“有人有远见地说，‘在开始注水之前，让我们看看那里有什么样的地震活动，’”该局地球物理学家丽莎·布洛克说。六年的基线数据显示几乎没有自然活动。相比之下，该机构自 1991 年开始地下处置以来，已记录了 6200 次地震，其中大多数是小地震。
当俄克拉荷马州开始加大其废水注入量——现在每年超过 10 亿桶——时，人类可以通过将流体注入地下来引发地震的概念已经为人熟知。尽管如此，当这一地质原理在该州发生时，当地居民还是措手不及。
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震动飙升
十年前，北美这部分地区每年只经历 14 次震动。2014 年，该地区发生了 650 次地震，其中大部分集中在废水注入井周围。
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2011 年 11 月的一天晚上，托德·哈利汉正站在他斯蒂尔沃特家的走廊里，这时他注意到眼镜开始嘎嘎作响。随着建筑物的晃动，这位地球物理学家闪过一丝念头，担心他熟睡的 6 岁儿子。“我应该叫醒我的孩子，然后跑出房子吗？”他回忆道。“我应该让他躲到桌子下面吗？”>
哈利汉感受到了 5.7 级地震的影响——这实际上是俄克拉荷马州最大的地震。其震中位于布拉格（发音与“vague”押韵）附近，距离约 50 英里，地震导致公路开裂，14 栋房屋被毁。在一间客厅里，一位女士在看电视时被壁炉和烟囱的石头击中。地震还震倒了附近肖尼市圣格雷戈里大学一座历史悠久的尖塔。来自俄克拉荷马大学、哥伦比亚大学和美国地质调查局的一个团队确定了震源：一次断层破裂，发生在距离活跃注水井约 650 英尺处。
“那之后，更多的人开始关注了，”奥斯汀·霍兰说，他曾是俄克拉荷马州州地震学家，直到去年夏天。
石油和天然气行业可能正在制造这些地震的想法，无论是对公司还是对州长玛丽·法林政府来说，都是一个敏感话题。一项研究表明，自 2010 年以来，该行业为俄克拉荷马州创造了四分之一的新就业机会。从 EnergyWire 新闻服务处获得的电子邮件描绘了一幅政府试图“让这件事消失”的画面，用法林州长办公室主任丹妮丝·诺斯鲁普的话来说。在布拉格地震后不久，法林的一位助手联系了石油和天然气生产商 Devon Energy，并获取了与选民沟通的要点。其中一条是：“目前没有证据表明石油和天然气运营与俄克拉荷马州近期的大地震有关。”当法林在 2013 年的一次全国州长协会关于页岩能源开发的论坛上发表讲话时，她演讲中关于地下注水井的提及被删除了。“我们还有其他问题想强调，”直到去年 11 月担任法林传播总监的亚历克斯·温茨说。
温茨说，法林个人观点一直比 Devon Energy 的要点更微妙，即使她的助手使用了这些要点。他表示，她之所以不愿责怪处理井，是因为她上任（2011 年）时研究的进展。他说：“那只是地震活动激增的开始。此后，科学研究取得了进展。”
甚至俄克拉荷马地质调查局，一个与大学有关联的州机构，也迟迟未能承认处理井的联系。在 2013 年的一份声明中，它指出布拉格地震似乎是“自然原因”造成的。在该机构工作的霍兰说：“石油和天然气是一个非常重要的行业，所以……一些公开声明经过了大量的措辞修改。”
随着科学家们深入研究数据，人们逐渐形成共识，认为流体注入确实是地震活动激增的幕后推手。甚至法林也改变了态度。她在 8 月份的一次州政府协调地震活动委员会会议上说：“我们现在都知道，我们看到的俄克拉荷马州地震增加与处理井之间存在直接相关性。”
事实上，新的研究表明，地震现在对石油和天然气行业本身也构成了威胁。世界上最大的原油储存设施位于俄克拉荷马州库欣，正好位于最近被注入活动激活的断层之上。持续注入可能会引发 5.7 级地震，足以导致储油罐和管道破裂。
这个问题并未局限于俄克拉荷马州的边界；人造地震也袭击了其他中部各州。2011 年新年夜，俄亥俄州扬斯敦发生 4.0 级地震，震动了建筑物，并导致一个被认为是罪魁祸首的处理井关闭。废液注入还与阿肯色州、科罗拉多州、堪萨斯州、新墨西哥州和德克萨斯州的地震有关。
“石油和天然气是一个非常重要的行业，所以……一些公开声明经过了大量的措辞修改。”
如果同样的地震发生在海外，它们可能会造成更大的破坏。“在美国率先采用的技术——从致密页岩中开采天然气以及从非常规储层中生产石油——都有可能在全球范围内应用，”美国地质调查局的地震学家埃尔斯沃思说。“许多国家将发现自己生产自己资源的冲动难以抵挡。不幸的是，在这些国家中的许多地方，建筑标准不像美国那样，其造成严重破坏和生命损失的可能性非常高。”
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随着我们继续将地球作为储存废物和可开采资源的仓库——我们将创造一个全球能源系统，该系统很可能增加小型甚至大型地震的风险。工程师们需要权衡每一种资源，考察它能提供多少能源，它的绿色程度如何，以及它会带来何种地震风险。
在某些情况下，我们为了减轻对环境影响而设计的技术，却可能摇晃地面。在伊利诺伊州迪凯特的一个试点项目中，从乙醇厂捕获的二氧化碳以液体状被注入地下约 7,000 英尺深的砂岩地层中。目标是通过阻止温室气体进入大气来减缓气候变化（“清洁煤炭”的支持者也提倡这种策略）。
到目前为止，注入只引起了最微小的震动，微弱到无法感觉到。但是，斯坦福大学地球物理学家马克·佐巴克和水文地质学家史蒂文·戈雷利克认为，为了使地下碳储存能够造福气候，它必须以“大规模”进行——这可能会引发更多的地震活动，从而可能通过将碳排放到大气中而适得其反。“即使是中小型地震也会威胁到二氧化碳储存库的密封完整性，”他们在 2012 年的一篇期刊文章中写道。因此，他们得出结论，碳注入将是减少温室气体“一种极其昂贵且有风险的策略”。
参与伊利诺伊州项目的美国地质调查局地球物理学家奥勒·卡文说，如果研究人员能够使用先进的仪器绘制断层、裂缝和流体通道的图，他们就可以降低危险，但不能完全消除。“如果考虑温室气体排放的成本，以及二氧化碳封存对减少某些长期影响的作用，这种讨论就会改变，”他说。“其中一些风险可能可以容忍。”
这是一个关键点：一项技术可能会引发地震，但如果不使用它，又会带来什么危害呢？例如地热发电，它是一种可靠且未被充分利用的电力来源，对环境造成的破坏很小。“如果我们能利用地球上所有的热量，我们就不会需要其他东西了，”埃内斯特·马杰说，他是一位同时隶属于劳伦斯伯克利国家实验室和桑迪亚国家实验室的地球物理学家。
这对瑞士巴塞尔来说毫无安慰，2006 年 12 月，那里“深层地热采矿”项目的运营商开始向城市下方自然过热的花岗岩中注入冷水。一周后，一次 3.4 级地震震碎了窗户，墙壁出现了裂缝。注入被停止。一项政府研究预测，如果恢复生产，人造地震造成超过 5 亿美元损失的可能性为 15%。2009 年，该项目被完全放弃。
地热发电在农村地区仍在继续——尤其是在加州湾区北部的盖瑟斯地区，当地居民长期以来一直遭受轻微的地震损害。“有时感觉就像一辆大卡车撞到了房子，”杰夫·戈斯普说，他曾是那里的地震监测咨询委员会成员。邻居们报告说窗户出现裂缝，一面挡土墙压毁了一辆货车。
马杰认为，与地热田产生清洁能源的潜力相比，它们带来的风险很小。（他说，仅盖瑟斯地区就能为整个旧金山供电。）“没有零风险，”马杰说。“开车去杂货店就是一种风险。每个人早上起床时都会冒险。”他表示，与碳排放的成本相比：“如果你开始考虑健康影响、气候影响——所有来自化石燃料经济的糟糕事情——那么，也许我们应该做些别的事情。与这些我们面临的其他风险相比，与将碳注入地下有关的诱发地震，与地热有关的诱发地震：这些都是微不足道的、微不足道的事情。”
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假设我们不会停止能源生产，科学家们现在面临一个更复杂的问题：是否有可能将风险降到最低。
在 20 世纪 60 年代和 70 年代的科罗拉多州兰利油田进行实验后，这些实验表明我们可以通过改变注入流体的压力来控制诱发地震，科学家们充满了希望。他们认为，不仅可以减少人造地震造成的损害，甚至可能控制自然地震。美国地质调查局的科学家们建议，与其等待下一个撼动加州的地震，不如沿着圣安德烈亚斯断层钻井，注入水，并通过一系列小型、无害的地震释放累积的应力。
这个想法从未获得支持。不仅需要数千次微型地震才能抵消一次大地震，而且风险也太大了。距离旧金山 1906 年那次致命的地震已经过去一个多世纪了，这意味着这座城市坐落在压力极大的岩石上。俄克拉荷马州的哈利汉说，将水注入地下，“你可能不会释放 10 万次小型地震。你可能会释放一次大的。”他说，即使实验在当地奏效，“你也可能会引发断层的下一个部分。这是三维的，而且很复杂：‘嘿，我们没有在旧金山引发地震。’‘好吧，你刚刚让洛杉矶倒下了。’‘抱歉。’”
如今，没有人谈论在俄克拉荷马州引发微震以避免下一次布拉格地震。但科学家们正在讨论更温和的管理地震活动的方法。
“工具箱正在不断扩大，”奥斯汀·霍兰说，他现在在美国新墨西哥州地质调查局工作。这包括避开已知断层，缩减注入岩石的流体体积和速率，在较浅的深度注入，改进监测，以及如果地震活动无法停止，则准备完全放弃钻井。去年，监管该行业的俄克拉荷马州公司委员会下令减少一些井的注入量，并进行“回填”，以限制废液的注入深度。该州于 2013 年推出的“红绿灯”系统，允许监管机构根据地震活动减少或停止钻探。
尽管如此，在本文付印前，俄克拉荷马州北部在 24 小内发生了八次 3 级和 4 级地震。关于地下发生的事情，我们还有很多东西没有学到——而这种知识的差距使我们无法管理我们确实创造的地震。
霍兰说：“最大的未知数可能是地层深处的性质和过程，这些东西很难直接测量。”“压力是如何传递的？断层是起到密封作用还是通道作用？地层深处的实际应力状态是什么？科学必须在这些地方投入大量精力和资源。”
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回到斯蒂尔沃特，托德·哈利汉理解双方的观点。他希望他的学生毕业后能在能源行业找到工作。但他也希望下次地震发生时，不必去救他的儿子。
他说：“我们将做出一些决定，没有一个决定会是超级简单或超级愉快的。”理想情况下，这意味着要理性地讨论石油和天然气生产的价值以及地震的威胁——如何平衡这些相互竞争的担忧，以及我们愿意容忍多少不确定性。
然而，当地面摇晃时，很难进行对话。双方都退缩到自己的角落。一些行业和政治领导人拒绝承认新兴的科学。一些地震区居民感到被忽视和处于劣势，他们拿出唯一的武器：他们的言辞。谈话变得两极分化，而不是以解决问题为导向。
哈利汉说，技术常常会带来伤害。“泰坦尼克号就是一个很好的例子，”他说。“我们建造了巨型轮船，然后我们让它们沉没了。发展了飞机；我们把它们弄坏了。”处理意外后果不一定意味着放弃创新。也不意味着假装后果不存在。
正如成瘾一样，在地震问题上，第一步是承认我们遇到了一个我们无法完全控制的问题。“政府以及这些公司应该坦诚相待，”哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地质观测站的地震地质学家莱昂纳多·西伯说。“你想开车。它需要汽油。为了生产它，你必须打井。你必须在这里泵送，在那里抽出。当你这样做时，”他说，“你正在改变地下的应力。有时可能会发生我们无法预测的地震。可能会有后果。但我们都在其中。”
本文最初发表于 2016 年 1 月/2 月的《Popular Science》杂志，标题为“地震国家”
人为地震的证据，图文并茂
