頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)需要更多監管和協(xié)調機制

事件

6月17日22時(shí)55分，四川省宜賓市長(cháng)寧縣發(fā)生6.0級地震。截至18日14時(shí)50分，地震共造成13人死亡。

由于此次地震發(fā)生地長(cháng)寧，恰是國家頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)區塊，且四川地區有多個(gè)國家級頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)區，關(guān)于頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)是否誘發(fā)地震這個(gè)話(huà)題，又一次被網(wǎng)友熱議。

這并不是首例頁(yè)巖氣開(kāi)采區發(fā)生地震，今年2月，四川省自貢市榮縣兩天內發(fā)生三起4級以上地震，當地叫停了頁(yè)巖氣開(kāi)采作業(yè)。

各方觀(guān)點(diǎn)

四川地震局：宜賓長(cháng)寧地震為天然地震未受頁(yè)巖氣開(kāi)采影響

據中國經(jīng)營(yíng)報報道，四川省地震局四川地震預報研究中心主任杜方表示，經(jīng)過(guò)該局一上午的震情趨勢會(huì )商，認為長(cháng)寧縣地震屬于自然地震，未受到人工干預的影響。

杜方介紹，川南地區屬于我國大陸華南地塊與青藏地塊的結合地帶，宜賓地區位于比較穩定的華南地塊，這里沒(méi)有大規模的構造，主要是一些小的構造。歷史上以中等、四五級地震活動(dòng)為主。

經(jīng)過(guò)判斷，四川省地震局認為長(cháng)寧地區的斷裂帶的長(cháng)度只有20余公里，由于規模較小，因此發(fā)震能力小。與之相比龍門(mén)山的斷裂帶長(cháng)達500公里，而且平行有三組，因此可以有8級地震的承載力。

“長(cháng)寧地區的斷裂帶零碎、小，而且縱橫交錯，因此未來(lái)可能還會(huì )出現4-5級的地震活動(dòng)，但短期發(fā)生更大級別的余震可能性小。”杜方表示，但是震區應該加強防范，避免余震帶來(lái)的房屋倒塌等次生災害。

杜方認為，從已知的地質(zhì)數據看，本次地震為天然地震，與當地的地質(zhì)構造、應力有關(guān)，而非人工干預。“比如震源深度、波形都有差異，因此我們認為與頁(yè)巖氣開(kāi)采沒(méi)有關(guān)系。”

國內外專(zhuān)家觀(guān)點(diǎn)：能否誘發(fā)地震尚無(wú)定論 需要公開(kāi)更多相關(guān)數據

ECF國際頁(yè)巖氣論壇今年3月19日轉發(fā)《中國新聞周刊》第891期首發(fā)的一篇《頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)能否誘發(fā)地震》，比對了中國頁(yè)巖開(kāi)發(fā)與北美地區在行業(yè)規范、數據公開(kāi)等方面存在的差距，這是目前國內對頁(yè)巖氣開(kāi)發(fā)與地震關(guān)系比較全面客觀(guān)的一篇報道。

報道指出，不一樣的自然環(huán)境不僅抬高了中國頁(yè)巖氣的開(kāi)采成本，還讓頁(yè)巖氣與地震的關(guān)系成為一個(gè)亟待中國自己開(kāi)展研究的新課題。

“水力壓裂制造微裂隙的過(guò)程中，一定會(huì )伴隨微地震的活動(dòng)，但這種微地震與天然的構造地震不可同日而語(yǔ)。”澳大利亞昆士蘭大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)院的趙爭光博士指出：“水力壓裂產(chǎn)生的這種地震，震級一般都會(huì )在零級以下，相當于放鞭炮釋放的能量，在地面上的人是沒(méi)有感覺(jué)的。”

中石油東方物探水力壓裂微地震監測專(zhuān)家余剛解釋說(shuō)：“我們在四川做了大量的實(shí)際數據采集，水力壓裂產(chǎn)生的微裂縫水平方向延伸一兩百米，高度一般延伸幾十米，整個(gè)被改造體積在地殼尺度上范圍很小。這些微破裂的位移都是毫米級的，壓裂的應力也很有限。而4級地震這么大的破壞，錯位都是幾十個(gè)厘米，起碼得好多個(gè)原子彈的能量才能引發(fā)這一場(chǎng)地震。”余剛還指出，四川頁(yè)巖氣開(kāi)采的水力壓裂位置在地下兩三千米，而天然地震的震源往往深得多。

2016年，在加拿大卡爾加里大學(xué)做博士后的鮑學(xué)偉在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了題為《加拿大西部水力壓裂引起斷層活化》的文章。該研究對比了加拿大西部的地震數據與水力壓裂數據，表明地震在時(shí)空上都集中在水力壓裂點(diǎn)附近，水力壓裂作業(yè)引起的地應力變化可以使天然斷層滑動(dòng)超過(guò)1000米;水力壓裂的施工壓力作用于天然斷層，可產(chǎn)生持續數月的地震。

但另一篇文章的觀(guān)點(diǎn)正好與之相左。2017年，加拿大阿爾伯塔大學(xué)教授Mirko Van der Baan課題組在美國地球物理學(xué)會(huì )期刊《地球化學(xué)、地球物理學(xué)、地球系統》發(fā)表了《美國與加拿大的人工誘發(fā)地震與大規模油氣開(kāi)采》一文。該研究統計了北美兩國油氣開(kāi)采最活躍地區近50年的地震發(fā)生頻率，發(fā)現日益增加的油氣開(kāi)采活動(dòng)與地震沒(méi)有相關(guān)性。不過(guò)，令人關(guān)注的是，Baan團隊的資助方有殼牌、雪弗龍和赫斯基等國際石油巨頭的背景，而鮑學(xué)偉的研究經(jīng)費則來(lái)自加拿大自然科學(xué)與工程研究理事會(huì )及卡爾加里大學(xué)。

有地震研究專(zhuān)家強調說(shuō)：“頁(yè)巖氣開(kāi)采和地震的關(guān)系問(wèn)題需要在具體地區進(jìn)行具體研究，因為不同的巖石與地質(zhì)結構的實(shí)驗結果可能差別很大。即使知道一般原理，還需要得到具體的觀(guān)測數據。”

檢索國內外文獻發(fā)現，中國頁(yè)巖氣開(kāi)采與地震的相關(guān)性的研究數量遠遠少于美國和加拿大。在為數不多的中國案例研究中，期刊影響因子最高的是日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所上級研究員雷興林2017年發(fā)表在《科學(xué)報道》(Scientific Report)的《中國四川盆地頁(yè)巖氣水力壓裂導致斷層再活化并誘發(fā)MW4.7級地震》。該研究地區位于四川盆地上羅及其周邊頁(yè)巖氣區塊，研究認為，在地下2.3~3公里深度范圍內的水力壓裂短期(每個(gè)井數月)注水過(guò)程，可以誘發(fā)一系列最高可達MW4.7級的地震。

文章呼吁：“因為四川盆地中的水力壓裂作業(yè)正如火如荼展開(kāi)，研究也將有利于地球科學(xué)、天然氣公司、管理部門(mén)和學(xué)術(shù)界共同探討顯著(zhù)的注水誘發(fā)地震的地區因素，以確保頁(yè)巖氣水力壓裂有效進(jìn)行和安全實(shí)施。”

該論文第一作者雷興林2013年在接受媒體采訪(fǎng)時(shí)表示，由于相關(guān)企業(yè)對油氣開(kāi)采和注水作業(yè)數據諱莫如深，研究者往往等到頻繁的小震活動(dòng)或中級規模地震發(fā)生后才介入研究。

曾有地震專(zhuān)家指出，目前中國暫時(shí)沒(méi)有相關(guān)機制，保證科研人員可以從油田單位獲得這些數據。國內頁(yè)巖氣的開(kāi)采主要由“三桶油”(中石油、中石化和中海油)承擔，地震局往往顯得弱勢。此前某地發(fā)生地震后，地震局出面去油田單位查詢(xún)數據，也遭到拒絕。報道稱(chēng)，目前僅有重慶市地震局與相關(guān)頁(yè)巖氣勘探單位建立了協(xié)調機制，共享數據以研究頁(yè)巖氣開(kāi)采和地震之間的關(guān)系。

美國地震學(xué)會(huì )：水力壓裂作業(yè)或引發(fā)四川地震

根據美國地震學(xué)會(huì )發(fā)布于2019年4月5日的一篇文獻表示，《地震研究快報》(Seismological Research Letters, SRL)發(fā)表的一項最新研究表明，去年12月和今年1月在中國四川省南部發(fā)生的兩次中等規模地震可能是由附近的水力壓裂作業(yè)誘發(fā)的。

在美國，科學(xué)家們普遍認為石油和天然氣產(chǎn)業(yè)的廢水回注(油氣提取過(guò)程中伴生的水被注入深部巖層)是該區特別是俄克拉荷馬州誘發(fā)地震的主要原因。然而，越來(lái)越多的證據表明，在油氣開(kāi)采過(guò)程中通過(guò)高壓注入水來(lái)破碎巖層的水力壓裂可能在俄亥俄州，俄克拉荷馬州和加拿大西部的某些地區誘發(fā)了中等規模的地震。

日本地質(zhì)調查局的雷興林和他的同事們認為，廢水處理和水力壓裂都引發(fā)了四川盆地南部的地震。在他們發(fā)表在SRL的新研究中，研究人員提出了“完整的證據鏈“，表明12月和1月的地震是由水力壓裂作業(yè)誘發(fā)的。

他們確定了地震的震源位置，發(fā)現地震相對較淺 (地表以下兩到十公里)，符合誘發(fā)地震的預期深度。12月和1月的地震在時(shí)間和空間上也與在附近的水平井簇的壓裂密切相關(guān)。當然，他們沒(méi)有更精確的壓裂數據來(lái)進(jìn)一步理解注水與地震活動(dòng)之間的關(guān)系。

雷和同事對地震活動(dòng)的統計建模分析顯示，大部分地震活動(dòng)來(lái)自最初的主震，余震活動(dòng)很少，這也與典型的誘發(fā)地震的模式一致。最后，他們通過(guò)計算表明，水力壓裂的高壓注水對巖石孔隙產(chǎn)生的超壓強到足以激活該地區先前存在的斷層。研究人員指出，這些斷層大多是未知的(沒(méi)有地圖繪制)，在通常的構造應力下，斷層的產(chǎn)狀(延伸方向和傾斜角度)不利于滑動(dòng)并會(huì )產(chǎn)生地震的。

雷說(shuō)，“對于大多數井場(chǎng)，相關(guān)的地震活動(dòng)在水力壓裂結束或停止后迅速消失”。他進(jìn)一步指出，相關(guān)的分析方法有助于從初期的地震活動(dòng)中發(fā)現斷層被重新激活的跡象。

他補充說(shuō)：“在我看來(lái)，對于被活化了斷層，只要水力壓裂持續，就可能持續誘發(fā)中等強度的地震，因為中等地震釋放的應變非常有限。有關(guān)部門(mén)應該更新相應的國家法規，在觀(guān)察到一定的斷層活動(dòng)跡象時(shí)，要求操作人員采取必要行動(dòng)。”

這幾位研究人員表示，他們需要更多更詳細的圍繞壓裂井場(chǎng)的斷層分布及其應力場(chǎng)信息，以研究如何避免破壞性地震的發(fā)生。雷說(shuō), “在四川盆地，中等規模誘發(fā)地震發(fā)生在有限的幾個(gè)井場(chǎng)附近。 如果可以事先篩選出這些地點(diǎn)，破壞性地震的風(fēng)險將會(huì )大大降低。”

雷和他的同事們希望研究人員、監管機構和油氣運營(yíng)商共同努力, 更好地了解是什么原因導致了四川盆地南部的注水誘發(fā)地震活動(dòng)，從而為提高相應產(chǎn)業(yè)的有效性和安全性提供知見(jiàn)。