澳大利亚地球科学局发布报告探讨水压致裂与诱发地震的关系*

刘文浩※编译

(中国科学院兰州文献情报中心， 兰州730000)

2016年2月， 澳大利亚地球科学局(Geoscience Australia)发布报告《水压致裂与诱发地震关系综述》(Review of hydrofracturing and induced seismicity)， 全面分析了澳大利亚水压致裂的应用及压裂过程中诱发地震的产生机制与影响， 同时也分析了公众关心的与水压致裂相关的主要问题。

1能源开发中的水压致裂与诱发地震

1.1有针对性的水压致裂(Intentional Hydrofracturing)

1.1.1煤层气开发中的水压致裂及诱发地震

煤气层通常在地下200～1000 m深处。 澳大利亚煤层气行业发展迅速， 资源量自2005年来已经翻了一番。 报告称， 煤层气的开发策略必须是量身定做的， 尤其像在苏特拉(Surat)盆地那样的地区， 必须清晰了解应力模式、 不成熟的隔挡层的形成方式和复杂地层之间的序列关系。 目前， 没有数据或报告报道澳大利亚煤层气行业由于水压致裂诱导产生地震大小的分布状况。 澳大利亚国家地震台网(Australian National Seismic Network， ANSN)也没有监测针对水压致裂产生的地震事件。 此外， 报告详细记录了1970年在澳大利亚东部煤层气开发和生产区周围发生的M≥3的天然地震。 煤层气开发区的地震记录显示， 水压致裂并没有导致M>3地震的产生，M=3也是人能感受到地面震动的阈值， 不会造成基础设施破坏。 煤层气的生产会产生大量废水， 因此， 如何选择对废水进行合理安全的处理是十分必要的。 通常会在现场的蒸发池中存储， 回注到开采含水层(producing aquifer)作为含水层补给管理的一部分， 注入河流中， 供给附近社区或者是用于农业和饮用水供应系统。 剩余的卤水可以注入到深井中， 一般比天然气生产缝隙和深层含水层的深度更深。 处理方法的选择因州而异。

※通讯作者： 刘文浩， e-mail: liuwh@llas.ac.cn。

1.1.2页岩气开发中的水压致裂及诱发地震

澳大利亚许多盆地都有页岩气， 其页岩气产业目前处于起步阶段。 报告预测该行业将在澳大利亚迅速扩张。 目前， 没有足够的数据能够表明， 澳大利亚页岩气生产能够诱发产生地震的数量及特征。 但是， 报告也指出， 澳大利亚页岩气生产的整体形式和类似深度的应力机制与美国并不相同。 如果水压致裂过程产生了人群可以感受到的地震， 那么， 运营商就必须停止或者以更慢的速度来进行流体注入， 并降低注入压力， 否则可能会流入断层之中， 诱发高强度地震。

此外， 煤层气水压致裂过程中的2个问题在页岩气水压致裂中也不太可能出现： ①页岩气形成于2000～3000 m， 比煤层气深度(200～1000 m)更深。 因此， 地震监测可能无法实时捕捉深部地震是否发生， 即使后期的地震数据处理有可能会发现地震深部。 就美国的生产经验来讲， 页岩气水压致裂造成的影响可能无法达到开采地下水的浅层， 而且压力引发的断裂时间不会保持太久； ②页岩气生产不会产生太多的废水， 但是， 产生的废水仍需要进行处理。 美国发生的许多诱发地震事实上都与页岩气行业废水的重新注入有关。 澳大利亚南部， 是不允许对废水进行重新注入的， 相反， 更多的废水是必须在蒸发池中进行处理。 报告建议， 如果可以采用废水注入， 那么澳大利亚各州则需要更多的关注储水库的建设。 此外， 在更大深度的页岩气生产过程中， 必须更加注意对潜伏断裂分布的掌握和避免。

1.1.3地热开发中的水压致裂及诱发地震

地热能源是一种无碳能源。 地热能源具有多种类型， 其中部分需要水压致裂来提高蒸汽生产量， 增强型地热(干热岩)系统就是其中的一类。 报告称， 澳大利亚库珀(Cooper)盆地已经有一个水压致裂试验基地。 结果发现， 库珀盆地发生了一些地震台站可以监测到的地震， 虽然不会对基础设施造成损害， 但是， 可能引起人的不适和不安。 报告称， 2006年和2007年在瑞士的巴塞尔附近由地热生产引发了密集的地震， 与库珀盆地的震级大小类似。

1.2非针对性的水压致裂(Unintentional Hydrofracturing)

非常规能源行业中， 许多水压致裂过程是非规划下的意外压裂。 此外， 还有废液引发的压裂， 而并不是勘探和生产阶段有规划的压裂。 非针对性水压致裂会产生载体诱发地震活动。

报告称， 虽然澳大利亚目前没有由于碳封存引发的地震活动。 但是， 有研究称， 对储存库中注入大量的二氧化碳会诱发地震。 因为二氧化碳可以改变流体的压力， 从而影响有效压力， 导致岩石破裂。 发生这种情况， 可能诱发裂缝孔隙度变化， 造成二氧化碳从储存库中泄露。 此外， 报告还称， 意外的废液注入可能重新激活现有断裂， 而这些小型的断裂有时事先无法准确监测。 因此， 报告建议， 无论是非常规能源的废水、 化学废液或者二氧化碳， 在注入之前都需要对存储区的断裂情况有准确的把握， 优化注入方案。

2公众关心的与水压致裂相关的主要问题

主要问题有：

(1)水压致裂大量的用水会造成农村和地区社区供水不足；

(2)蓄水层的破坏将造成人类、 农业和畜牧业用水的不足；

(3)淡水含水层被盐水层水或者水压致裂液污染；

(4)废弃物处理过程会对环境产生负面影响；

(5)逸出气体将对人类使用的地下水或地表植被造成影响；

(6)导致山地、 牧场失去生产力；

(7)是否会产生地震， 影响有多大。

文献来源： Drummond B. Review of hydrofracturing and induced seismicity. https:∥d28rz98at9flks.cloudfront.net/83880/Rec2016_002.pdf

* 收稿日期：2016-02-22； 采用日期： 2016-03-08。

中图分类号：P315.72+3；

文献标识码：D；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.03.002