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美国注入诱发地震的兴起
美国注入诱发地震的兴起
Anonim

在过去十年中,居住在美国中部的人们遭受的地震比以往任何时候都要多。例如,虽然俄克拉荷马州远离构造板块之间的边界,但地震活动在2009年左右开始增加,并在2015年和2016年初达到顶峰。2009年之前,俄克拉荷马州通常只经历过一两次大地震,震级大于3.0每年。到2015年,该数字每年上升到900多次,其中30次的瞬间震级大于4.0(足以造成破坏)。2011年,俄克拉荷马州布拉格市附近发生了一次5.7级地震,这场地震是先前存在的断层,对数栋房屋和教学楼造成了严重破坏。在过去的六年中,在以前的和平地区记录了1500多个破坏性震动事件的报告。地震活动的增加可能是由于人类的工业活动造成的。大约有800万人生活在地震加剧的地区,负责公共安全的官员想了解地震加剧的原因以及对社会的潜在威胁。

诱发地震事件的原因。

地球科学家接受了挑战,以更好地理解诱发地震。科学证据表明,一些地震是由人类的工业活动引起的,大部分是通过注入生产井中注入的用石油和天然气提取的咸废水处理的。据认为,大多数诱发地震是由先前存在的深层断层附近的流体压力变化产生的。深度处理井中的废水通常位于地下一英里以上,废水处理增加了已经占据孔隙空间的流体的压力。压力上升无法消除或削弱断层,从而使地震更容易发生。

1969年在科罗拉多州Rangely进行的实验证明了解释诱发地震原因的假设,在该实验中,通过抽水使储层中的流体压力升高或降低。正如该假设所预测的那样,当压力升高时,地震变得更加频繁,而当压力降低时,地震则变得罕见。水力压裂(压裂)是一种天然气和石油的回收工艺,利用流体注入来打开岩石中的裂缝,使被捕集的天然气或原油通过管道流到地面的井口,也被证明会引起地震,并发现是不列颠哥伦比亚省和艾伯塔省西部以及美国某些地方引发地震的主要原因,但是,这并不是俄克拉荷马州和美国其他几个地方地震引发地震活动的主要原因。废水注入造成的。2011年10月,得克萨斯州法兴附近发生了一次引人注目的大地震,震级为4.8级。内华达州和南卡罗来纳州的水库填满引发了其他诱发地震。在大多数情况下,此类工业活动不会刺激地震。注入流体的速度和体积,断层方向,累积应力和岩石特性都需要达到最佳才能诱发地震。

科学家们研究了断层以及自然和诱发地震,以更好地理解和预测未来诱发地震的规模和位置。地震的大小或大小与断层破裂的面积有关。科学家仔细检查了过去300年来在美国中部和东部发生的几次历史性自然地震的记录,包括1886年在南卡罗来纳州查尔斯顿附近发生的7.3级地震以及一系列在2000年发生的7.5级地震。 1811–12年,密苏里州新马德里市附近。北美东部发生的地震是在弗吉尼亚州中部,田纳西州东部,加拿大东部和新英格兰的未识别断层上发生的地震活动群。其中许多事件早于工业活动,因此很可能与人类活动无关。在过去的几年中,科学家一直在争论诱发地震是否会在附近古老的断层上引发大地震,在这些断层上已经准备好释放积压。2011年俄克拉荷马州的布拉格地震通过证实5.7级以下的地震可能会在已存在的长断层上破裂而回答了这个问题。因此,古代断层的存在是准确预测地震规模的重要因素。但是,在美国中部和东部的许多地方,例如俄克拉荷马州,对断层的大小和位置仍然知之甚少,美国地质调查局,其他州和联邦机构以及学术机构也在与之合作进行科学努力。石油行业,以找出最危险的地点。

2011年的布拉格地震是美国有记录以来最大的诱发地震,直到2016年在俄克拉荷马州波尼附近发生了5.8级地震,这可能是诱发的。但是,在其他地方观察到了更强烈的诱发地震。1967年,在印度Koynanagar附近,怀疑储层中储存的高水位引发了破坏性的6.3级地震,乌兹别克斯坦的瓦斯抽采活动可能是造成1976年7.0级自然地震破坏的原因。和1984年。这些数据表明,可能会发生比布拉格更大的诱发地震。此外,地质学家还认识到俄克拉荷马州和科罗拉多州发生的7.0级地震造成的断层和史前地震破裂。对美国以外大陆内部地震的研究表明,如此大的自然地震有可能远离板块边界。许多科学家认为,诱发地震还可能在未发现的古代断层上引发大地震。但是,如果导致大小大于5.6的诱发事件,则类似于相似区域中的诱发地震,震级更可能接近6.0而不是7.0。

增加地震危险。

诱发地震和自然地震都会引起相似程度的地面震动。但是,与自然地震相比,诱发地震通常更浅,并且可能不会像地震震中那样剧烈地晃动地面。尽管已观察到两种类型的抖动之间存在细微的差异,但需要更多的研究来了解这些抖动特性。

美国地质调查局进行的地面震动预测表明,诱发地震增加了俄克拉荷马州和其他受工业过程影响地球内部应力的地方的危害,如2016年对诱发地震和自然地震的一年预测所示。危害计算需要有关以下信息:地震发生的地点和频率,地震的最大规模以及可能发生的地面震动。为了预测2016年的地震频率,科学家认真考虑了2015年的地震频率,使用了标准的地震学理论-预计最大的地震通常会产生小于或等于6.0的震级,并应用了一种新的地面运动模型浅层地震的更好震动估计。

结果显示,俄克拉荷马州,堪萨斯州,德克萨斯州,阿肯色州,新墨西哥州和科罗拉多州在2016年内发生摇晃伤害的几率大于100,其中俄克拉荷马州北部和堪萨斯州南部的发生率最高(约十分之一) 。如果工业活动持续不减,则由预测所预测的诱发地震很可能在该地区造成破坏。根据这些预测,2月13日,俄克拉荷马州费尔维尤附近发生5.1级地震,几乎没有人感到惊讶。

但是,该地区的地震发生频率在2015年至2016年之间似乎有所下降。例如,在2016年上半年,欧文和达拉斯附近发生的地震次数从大约4个3.0级或以上的事件降为零。这种下降可能与石油价格(在2015年和2016年大幅下降,从而减少了开采和废水注入)以及监管措施减少了泵入深孔的废水量有关。初步数据提供了希望,诱发地震的比率将在2016年继续下降;但是,在地震活动率较高的地区,注入活动仍在继续,并且不知道降低注入量是否会消除诱发的地震或只是延迟地震。

虽然在美国中部地区引起地震的频率增加最为明显,但在加利福尼亚的多个地点,包括盖瑟斯(Geysers)地区和科索(Coso)地热能地区,也观察到了诱发地震。此外,2015年的一项研究表明,整个加利福尼亚南部的地震发生率略有变化,并指出,在有石油开采活动的地点附近,可能还会发生更多的诱发活动。由于该地区的自然地震发生率远高于美国中部地区,因此确定哪些地震是自然地震更为困难。科学家继续调查诱发地震,以更好地减轻未来的地震影响。