在过去的几年里,每次从俄克拉荷马州地下的深处抽出一桶石油时,就会抽出10-15桶含盐的、通常被污染的废水。在将废水与所需的石油和天然气分离后,这些水被重新注入地下深处,石油运营商希望这些水状副产品不会污染该地区地下水源。但是,就像许多蹒跚学步的孩子一样,这个国家的一部分讨厌打针。
几年前,研究明确将废水注入与该地区地震活动增加联系起来,该地区每年发生重大地震的次数一直在稳步增长。2013年,有109次3级或3级以上的地震。3级地震的震感足以被感觉到,但通常不足以造成重大破坏。2014年,这一数字上升到585次。2015年,这一数字达到了惊人的906次,相当于每天发生2到3次地震。
但也有希望:最近发表在《科学进展》(Science Advances) 杂志上的一项研究发现,就像这些数字上升得一样快,它们也可以下降。
在实施了限制可注入地下的废水量的规定后,官员们在今年早些时候就开始注意到地震次数的减少。
不幸的是,地震活动要恢复到正常、注入前的水平还需要很长时间。像上个月震撼俄克拉荷马州库欣的大地震,或者9月份震撼俄克拉荷马州帕瓦尼的5.8级地震,在先前注入的水通过地球运动时仍然会发生,这个过程可能会持续5到10年。
“我认为非常重要的是要理解,这种触发过程是无法关闭的。如果破坏性地震的概率现在正在下降,这并不意味着它很低。它仍然很高,并且在未来几年内,俄克拉荷马州可能会发生破坏性地震,”该研究的首席作者Cornelius Langenbruch说。“你真的必须有耐心,并且意识到这并不是人为诱发地震的终结。在恢复到背景速率之前还需要一段时间。”
废水注入被认为与水力压裂(也称为fracking)不同,水力压裂是将水与沙子和化学物质混合,然后注入地下深处,目的是打破岩石以释放石油或天然气储量。废水注入(在大多数情况下)就像将废水注入地下并留在那里一样简单。水力压裂也与地震有关,最近一次是在加拿大。但在俄克拉荷马州,地震是由废水注入引起的。
在出台规定时,俄克拉荷马州的废水注入量一直在下降,但并非出于对地球的担忧。“大部分销量下降不是由强制销量下降驱动的,而是由市场驱动的,”Langenbruch说。
近年来,随着油价下跌,该地区的油井产量下降,随之,废水注入量也相应减少。这些规定确保,即使油价和产量再次回升,注入地下的废水总量也将受到限制。
这项研究的确切结论是局部的,并且取决于许多因素:注入速率、废水注入的岩石类型以及该地区的整体地质。所有这些因素(以及许多其他因素)都会影响地震的大小和频率。但是,通过改变变量,这个数学模型可以应用于世界其他地区。在某种程度上,它已经得到应用。Langenbruch及其同事在其论文中使用的数学模型是从一个类似的方程改编而来的,该方程研究了欧洲地热和水力压裂作业的注入速率。
Langenbruch及其同事希望通过对该地区油井的直接测量来进一步完善该模型,这些测量现在可用于科学研究。“目前,我们不知道确切的压力增加是由流体注入引起的,因为没有关于废水处理发生的地下层压力的准确测量,”Langenbruch说。但通过测量地下不同点的确切压力,研究人员应该能够更好地了解注入水随时间的变化情况,以及这与该州的地震危险之间的关系。“如果我们能看到压力在哪里增加,在哪里减少,这可能会允许一个更本地化的危险模型,”Langenbruch说。
目前的地震危险模型显示了在特定时间段内发生不同震级地震的可能性。但到目前为止,它依赖于过去的地震记录来做出评估。现在,Langenbruch说,研究人员还可以将注入量信息纳入危险模型,从而得出更准确的风险评估。