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二零二零年十月七日

中大研究與四川頁岩氣生產有關的極淺層地震



香港中文大學(中大)地球系統科學課程的楊宏峰教授團隊,最近對四川盆地南部威遠頁岩氣田(WSGF)的地震序列展開了詳細研究,發現2019年2月25日的地震,震源深度為一公里,對一般地震來說這個深度太淺了。此外,研究還指出地震可能是鄰近的頁岩氣開採活動所誘發的。這項結果不僅有助於深入了解地震的物理機制,亦對頁岩氣田所誘發的地震災害有重要的啟示意義。該論文已於《地震研究快報》網絡版上發表。

研究指地震可能由開採頁岩氣時的水力壓裂誘發

該地震發生在2019年2月25日當地時間下午1時15分,震級為里克特制4.9級;震中附近亦發生了兩次4級以上的前震,分別於主震前20小時及4.5小時出現。這三次地震均在榮縣引發了強烈震感。自2012年起,榮縣的頁岩氣開採活動急劇增加。為了從致密的頁岩中開採油氣,他們會利用水力壓裂技術注入高壓水讓頁岩產生裂縫,以提高頁岩氣產量。目前這種技術已經普遍應用在頁岩氣生產中,但同時誘發了很多地震,包括在加拿大、美國、英國和中國發生。

楊宏峰教授團隊發現兩次前震的深度約為2.7公里,與當地正在進行之壓裂活動的深度吻合。兩者之間密切的時空關聯性表明,兩次前震均由壓裂活動引起,可能是由於斷層流體孔隙壓力增加,引致斷層滑動。但是震級4.9的主震深度僅為一公里,明顯要淺很多。楊教授與中南大學的研究人員從衞星圖片上看到了明顯的地表變形,對於這種相對較小的地震,如此清晰的地表變形非常罕見,同時也說明震源深度很淺。

發現極淺地震有助了解地震物理機制

這次地震規模不算強烈,卻引起了嚴重破壞並導致兩人死亡,主因是震源位處地殼極淺層。楊教授及其研究生亦發現4.9級地震與兩個前震並非發生在同一條斷層。這帶來了一個重要問題:這些地震與哪些斷層相關?

楊教授與河海大學的研究人員利用高質量的地震反射數據,確認了引發地震的斷層。兩個前震發生在位於志留紀頁岩層內的一條拆離斷層上;主震則發生在向西傾的墨林場斷層上,該斷層為一逆斷層,深度只有1.5公里。一般而言,深度小於2公里的斷層是不會產生地震,唯墨林場斷層是極淺層斷裂的罕見例子。這部分研究結果已在2020年8月19日於《地震研究快報》發表。

由於對能源的需求上升,四川盆地內的水力壓裂活動相信會持續增加,因此評估誘發地震災害的相關成因非常重要。傳統觀點認為極淺層斷裂不會產生地震,而楊教授團隊的最新發現則對此說法提出挑戰,這個問題對地震物理和頁岩氣的可持續發展都十分重要。是次研究也強調了工業界、學術界及決策機構之間相互合作的重要性,要評估及預防地震風險,多方面的合作不可或缺。

(a) 2019年2月4.9級地震引起的地表形變衞星圖像。黑線代表當地斷層,綠色六邊形表示水力壓裂井的位置。震源球表示兩次前震及主震的位置及矩震級。(b) 和 (c) 為沿著AA’和BB’剖面的地震反射資料及解釋。
(a) 2019年2月4.9級地震引起的地表形變衞星圖像。黑線代表當地斷層,綠色六邊形表示水力壓裂井的位置。震源球表示兩次前震及主震的位置及矩震級。(b) 和 (c) 為沿著AA’和BB’剖面的地震反射資料及解釋。