中大研究与四川页岩气生产有关的极浅层地震

07.10.2020  11:10


香港中文大学(中大)地球系统科学课程的 杨宏峰教授 团队,最近对四川盆地南部威远页岩气田(WSGF)的地震序列展开了详细研究,发现2019年2月25日的地震,震源深度为一公里,对一般地震来说这个深度太浅了。此外,研究还指出地震可能是邻近的页岩气开采活动所诱发的。这项结果不仅有助于深入了解地震的物理机制,亦对页岩气田所诱发的地震灾害有重要的启示意义。该论文已于《地震研究快报》网络版上发表。

研究指地震可能由开采页岩气时的水力压裂诱发

该地震发生在2019年2月25日当地时间下午1时15分,震级为里克特制4.9级;震中附近亦发生了两次4级以上的前震,分别于主震前20小时及4.5小时出现。这三次地震均在荣县引发了强烈震感。自2012年起,荣县的页岩气开采活动急剧增加。为了从致密的页岩中开采油气,他们会利用水力压裂技术注入高压水让页岩产生裂缝,以提高页岩气产量。目前这种技术已经普遍应用在页岩气生产中,但同时诱发了很多地震,包括在加拿大、美国、英国和中国发生。

杨宏峰教授 团队发现两次前震的深度约为2.7公里,与当地正在进行之压裂活动的深度吻合。两者之间密切的时空关联性表明,两次前震均由压裂活动引起,可能是由于断层流体孔隙压力增加,引致断层滑动。但是震级4.9的主震深度仅为一公里,明显要浅很多。杨教授与中南大学的研究人员从卫星图片上看到了明显的地表变形,对于这种相对较小的地震,如此清晰的地表变形非常罕见,同时也说明震源深度很浅。

发现极浅地震有助了解地震物理机制

这次地震规模不算强烈,却引起了严重破坏并导致两人死亡,主因是震源位处地壳极浅层。杨教授及其研究生亦发现4.9级地震与两个前震并非发生在同一条断层。这带来了一个重要问题:这些地震与哪些断层相关?

杨教授与河海大学的研究人员利用高质量的地震反射数据,确认了引发地震的断层。两个前震发生在位于志留纪页岩层内的一条拆离断层上;主震则发生在向西倾的墨林场断层上,该断层为一逆断层,深度只有1.5公里。一般而言,深度小于2公里的断层是不会产生地震,唯墨林场断层是极浅层断裂的罕见例子。这部分研究结果已在2020年8月19日于《地震研究快报》发表。

由于对能源的需求上升,四川盆地内的水力压裂活动相信会持续增加,因此评估诱发地震灾害的相关成因非常重要。传统观点认为极浅层断裂不会产生地震,而杨教授团队的最新发现则对此说法提出挑战,这个问题对地震物理和页岩气的可持续发展都十分重要。是次研究也强调了工业界、学术界及决策机构之间相互合作的重要性,要评估及预防地震风险,多方面的合作不可或缺。

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(左起)荣誉院士庞俊怡先生、叶准先生、梵志登先生,岭南大学
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