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人类活动会诱发地震吗?
  • 2021-08-16 17:39
  • 来源:山西省地震局
  • 发布机构:汕头市地震局
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      20世纪60年代开始,人们发现了许多人类活动引发地震的现象。发生地震的断层会有运动、破裂的时刻,如果人类活动引起的地壳应力场的变化,刚好是“压死骆驼的最后一根稻草”,那就有可能诱发地震。这些人类活动有油气开采、地热开采、矿床开采、废水注入深井、修建水库等。

      2017年,国际知名地球物理学家Foulger统计分析了全球 577 个诱发地震的实例。绝大数的最大震级都在2—5范围,震中烈度在Ⅵ度以下,震源偏浅、极震区不大。采矿的诱发震例要比水库的多,已经把岩爆、陷落等震动都已经记入了。废水注入所诱发的最大震级偏高,多在 4.5 级,与作业中的水压致裂强度有关。



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    01:工业诱发地震 

    诱发地震的重要因素是向深井注水


      诱发地震的奠基性研究成果,一般认为是希利(Healy)1968 年在《科学》上的论文。他们根据大量的实测数据深入分析了震源机制、地应力状态和破裂机制,理论影响深远。地下采矿、石油提取和存储、页岩气生产、岩盐矿的采卤、地热资源开发、CO2 封存等工业工程,都会诱发地震。



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    注水诱发地震的机制基本概念


      1962 - 1969年美国丹佛(Denver)的地震,可能是最早的案例。当时,美军要处理凝固汽油弹的有毒废物,遂在丹佛落基山军械库打了一口 3638 m的深井,1962 - 1966年间共注入了 1.65 亿加仑的有毒废液,在钻井 16 km范围内发生了 710 次小地震,以及 1967年 3 次 5 级以上地震,地震频率与注水量密切相关,作业随后停止。



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    丹佛注水与地震的关系


      情况类似的美国页岩气的主要产区—俄克拉荷马州,由常规石油开采产生的大量废水被注入到底层沉积岩中,造成地震发生次数自2009年以来急剧增长,随着这一现象的愈发凸显,使得俄克拉何马州地质调查局在2015年4月改变了看法,不再认为这些地震是纯自然原因引起,而确信这是油田钻井工业废水注入地下造成的。


      与深井注水具有一定相似性的是深层地热资源开发。增强型地热系统(EGS)是一种不需要依靠自然热液对流的新型地热发电技术。过去的地热系统只开发能自然产生的热量、水和岩石渗透性足以提取地热资源的地区,然而大部分地热能都存在于干燥和不透水的岩石中,EGS技术通过“水力刺激”向岩石中泵入高压冷水来提高渗透率,以增强和创造热干岩中可获取的地热,然而这与诱发地震活动密切相关。



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    几次较大的EGS地震事件

    02:水库诱发地震

    蓄水改变了库底岩石的荷载 


      水库蓄水引起库区或邻区的地震活动性出现明显的增高现象,称之为水库诱发地震,或简称水库地震。水库蓄水能够诱发地震,直观的原因是蓄水改变了库底岩石的荷载,水蓄得越高,对库底岩层的压力就越大。而且水库使周围区域岩石的地下水位升高,使断层间摩擦力降低,比蓄水前更容易产生滑动。总而言之,是水改变了断层原先的应力状态和介质的性质,从而改变了地震的活动性。

      库容不大的水库诱发地震的可能性不高,即使诱发了地震,震级通常也较小,往往低于大坝的抗震强度,因此造成垮坝事故的可能性也很小。目前,全世界已经建成的水库约有20万座,但已出现诱发地震的仅有一百多座,造成破坏的也仅有十余次。



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    水库诱发地震强度统计(源自:2018年《水库诱发地震研究进展》)


      水库诱发地震问题最早出现在20世纪30年代。20世纪初各国都广泛修建水库等大型水利工程,1931年,地震学家在希腊的马拉松水库大坝蓄水后监测到小规模地震;1932年,在阿尔及利亚的乌德福达大坝,也观测到地震现象。

      但直到1962年中国新丰江水库发生6.1级、1963年赞比亚-津巴布韦卡里巴 (Kariba) 水库发生6.25级、1966年希腊克里玛斯塔 (Kremasta) 水库发生6.3级和1967年印度柯依纳 (Koyna) 水库发生6.5级四个6级以上的水库诱发地震震例后,才引起了人们足够的重视。其中,最为严重的印度马哈拉施特拉邦的柯依纳水库6.5级地震,造成180人死亡、1500多人受伤。有数据显示,自1962年开始蓄水之后这里发生的地震次数多达450次。



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    印度柯依那水库


    与天然地震相比,

    诱发地震震源深度浅、震级较低,

    活动有规律可寻,

    很大程度上可以控制。

    但究竟哪些因素能够诱发地震,

    如何合理控制人类工程活动

    对地下岩石应力状态和物性的影响、

    有效减少诱发地震的发生,

    采取哪些防御措施

    能够避免诱发地震造成灾害,

    仍是摆在我们面前的重大研究课题。

    END


    参考资料来源:

    《科普:人类活动会引发地震吗?》新华网

    《趣味地震学(5):诱发地震,远非那么简单》冯锐

    《水库诱发地震研究进展》常廷改 胡晓


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