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【前沿報道】Science:如何管理地下注水誘發的地震風險——來自韓國浦項地震的啓示
2019-07-09 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  20171115日,韓國浦項發生了MW5.5地震,造成約7500萬美元的直接經濟損失和至少3億美元的間接經濟損失。浦項地震是韓國有地震記錄以來最大的破壞性地震,研究認爲它與當地增強型地熱系統的開發直接相關(見前沿報道《Science:韓國最大的Mw5.4破壞性地震可能爲誘發地震》)。 

  增強型地熱系統是目前開發地球深部熱能的常用技術,以浦項爲例,通過向兩口注水井PX-1PX-2注水,可以使兩口井之間的岩體産生新裂隙,或者使舊裂隙擴張,從而形成流體循環通道(圖1),並在低滲透結晶基底區域形成人工地熱田,預計的電力産能達1.2 MW。但是,PX-2井的高壓注水活動誘發了一系列小地震,並最終激活了斷層,引發地震。與浦項地熱增強項目類似,在歐洲、加拿大、美國、中國、其他國家和地區,也都發生過地下注水誘發地震事件,同樣造成了巨大的經濟損失(Lei et al., 2017;van der Baan and Calixto, 2017) 

1  浦項注水後的地震活動性(改自Lee et al., 2019)    

  最近,韓國首爾國立大學地球與環境科學學院Kang-Kun Lee 等在Science上發表了題爲地下注水誘發地震的風險管理的報告(Lee et al., 2019)。 

  文章稱,在大城市、港口和工業區附近安置地熱增強型系統,必須考慮地下注水誘發地震的潛在風險。首先,在鑽探施工之前,需要弄清楚項目工區是否存在可能發生錯動的大型斷裂;其次,在鑽探過程中應該進行實時監測。例如當浦項PX-2井掘進到3.8 km深處時碰到未知斷層,至少160 m3鑽井泥漿流入地層,産生了不少于20 MPa的額外壓力,觸發了多次微震,可能意味著鑽井穿過的這條斷層已經達到了應力臨界狀態。然而,這些微震活動並未引起重視,施工過程中沒有意識到這條新斷層的嚴重危害性,也未調整工程進度。假如有實時監測,就可以及時發現斷層活化,進而調整施工方案,就有可能規避地震風險。 

  一旦向地下注水,就存在誘發地震的潛在風險。誘發地震的大小並非簡單地受控于注水量、壓力、速度和注水位置,而且與現存的構造條件,以及能夠誘發的地震數量有關。誘發地震數量越多,出現強震的幾率就越高 (van der Elst et al., 2016)。深部隱伏構造活化可能誘發較大的地震,所以僅根據注水量與震級的統計關系設定安全閥值也過于簡單,例如浦項地震就是由于水力壓裂激活了一條隱伏斷層,最終觸發了MW5.5的主震。因此,誘發地震震級不受注水量的限制,地震破裂尺度也可能會超出注水岩體的範圍 (van der Elst et al., 2016)。已有的幾種地震成核模型都無法充分預測主震前斷層上的應力變化或壓力擾動引發超出壓裂範圍斷層滑動的可能性,因此,進一步發展誘發和觸發地震活動的物理和統計模型對評估地震風險非常必要。 

  對于靠近大時城市,港口和工業中心的地下注水項目,一旦誘發地震可能造成巨大損失。因此,誘發地震的風險管理與控制的重要性尤爲突出。文章呼籲通過制定地震風險預案、推演評估、籌措減災方案等,建立積極有效的誘發地震監測、減災和信息發布機制。針對未來的地下注水項目,項目團隊、地震監測部門和相關科學機構應該致力于全面和持續的地震監測分析,合理評估隨注水活動變化的地震災害風險;相關數據和結果向公衆開放,明確溝通渠道,讓公衆及時了解所面對的地震災害風險和對應的減災措施。浦項注水誘發地震事件的教訓警示政府主管部門需要和獨立監管審查部門協同建立一套標准的流程,對潛在的誘發地震風險進行持續的評估和審查(McGarr et al., 2015Lee et al., 2019)。     

  主要參考文獻 

  Lee K K, Ellsworth W L, Giardini D, et al. Managing injection-induced seismic risks[J]. Science, 2019, 364(6442): 730-732.原文鏈接 

  Lei X, Huang D, Su J, et al. Fault reactivation and earthquakes with magnitudes of up to Mw4.7 induced by shale-gas hydraulic fracturing in Sichuan Basin, China[J]. Scientific Reports, 2017, 7: 7971.原文鏈接 

  McGarr A, Bekins B, Burkardt N, et al. Coping with earthquakes induced by fluid injection[J]. Science, 2015, 347(6224): 830-831.原文鏈接 

  van der Baan M, Calixto F J. Humaninduced seismicity and largescale hydrocarbon production in the USA and Canada[J]. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2017, 18(7): 2467-2485.原文鏈接 

  van der Elst N J, Page M T, Weiser D A, et al. Induced earthquake magnitudes are as large as (statistically) expected[J]. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 2016, 121(6): 4575-4590.原文鏈接 

  (撰稿:趙連鋒/地星室) 

 
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