2013年4月16日的美國(guó)地質(zhì)學(xué)年會(huì)上，美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（United States Geological Survey）發(fā)布一份報(bào)告，稱美國(guó)中西部地區(qū)近十年來(lái)的地震頻發(fā)現(xiàn)象，“幾乎可以肯定是人為的”。

據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計(jì)，2001年以來(lái)，美國(guó)中西部阿拉巴馬州到北方落基山脈地區(qū)地震頻發(fā)。僅2009年，該地區(qū)就發(fā)生了50次3級(jí)及以上地震；2010年，3級(jí)及以上地震達(dá)到87次；2011年則達(dá)到驚人的134次，為上世紀(jì)同期的6倍。

前述報(bào)告認(rèn)為，石油和天然氣鉆探活動(dòng)是該地區(qū)地震頻發(fā)的主要貢獻(xiàn)者。其中，頁(yè)巖氣開發(fā)使用的水力壓裂法及該方法涉及的廢水處理井，尤其值得人們關(guān)注。

這份報(bào)告是全球迄今為止對(duì)水力壓裂法和地震關(guān)聯(lián)的最權(quán)威解讀。報(bào)告公布后，美國(guó)民眾再次就頁(yè)巖氣水力壓裂法的環(huán)境地質(zhì)影響展開激烈辯論。此前，對(duì)頁(yè)巖氣開發(fā)的主要批判是針對(duì)淡水消耗和水體污染。

開采頁(yè)巖氣引發(fā)地震盡管遠(yuǎn)在美國(guó)，但并非與中國(guó)無(wú)關(guān)。

中國(guó)近年正在效仿美國(guó)，試圖發(fā)動(dòng)一場(chǎng)“頁(yè)巖氣革命”。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的《頁(yè)巖氣發(fā)展規(guī)劃（2011-2015年）》，中國(guó)力圖實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖氣商業(yè)化產(chǎn)值從零至1000億立方米的跨越。被美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局認(rèn)為可引發(fā)地震的水力壓裂法，正是中國(guó)未來(lái)開采頁(yè)巖氣的主流技術(shù)方向。

值得注意的是，中國(guó)近四成頁(yè)巖氣資源儲(chǔ)存在包括四川盆地、云貴高原在內(nèi)的中國(guó)西南地區(qū)。過(guò)去幾年間，頻發(fā)的地震災(zāi)害已給這一地區(qū)百姓的生活蒙上陰影。

一些地質(zhì)學(xué)家也因此對(duì)中國(guó)政府的頁(yè)巖氣開采規(guī)劃表示出謹(jǐn)慎的擔(dān)憂：一旦人口稠密、地質(zhì)活動(dòng)活躍的西南地區(qū)開始大規(guī)模頁(yè)巖氣開發(fā)，將不得不面對(duì)潛在的地震風(fēng)險(xiǎn)。

業(yè)內(nèi)人士則透露，對(duì)地震風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估尚未進(jìn)入中國(guó)頁(yè)巖氣商業(yè)開發(fā)可行性評(píng)估的視野。

危險(xiǎn)并不遙遠(yuǎn)，未雨綢繆已當(dāng)時(shí)。

地震國(guó)際爭(zhēng)議

水力壓裂法，是將壓裂液（99%為水，另含有少量添加劑）高壓灌入油氣儲(chǔ)備層，由此壓裂巖石層，從而獲得油氣資源的油氣開采方法。

1948年，美國(guó)俄克拉荷馬州進(jìn)行了全球首次壓裂實(shí)驗(yàn)。此后，水力壓裂技術(shù)被廣泛用于工業(yè)。然而，直到2000年，美國(guó)才開始正式對(duì)水力壓裂作業(yè)進(jìn)行監(jiān)管，對(duì)其環(huán)境影響的研究則更晚。

截至目前，水力壓裂法仍是獲取頁(yè)巖氣的惟一渠道。

頁(yè)巖氣（shale gas）是儲(chǔ)存在地殼的頁(yè)巖層中的天然氣。由于頁(yè)巖區(qū)塊的滲透性有限，限制了氣體流向井筒。要釋放頁(yè)巖內(nèi)所含氣體，只能通過(guò)水力壓裂創(chuàng)造有效滲透性。

從原理上講，水力壓裂作業(yè)在井下將頁(yè)巖打碎，本身即會(huì)引發(fā)微小型地震。不過(guò)，這些地震震級(jí)很小，一般在3級(jí)以下，對(duì)地表建筑不會(huì)產(chǎn)生多少直接影響，亦不易被人察覺(jué)。

美國(guó)俄克拉荷馬州地質(zhì)調(diào)查局研究員奧斯丁•霍蘭德（Austin Holland）告訴財(cái)新記者，水力壓裂法引發(fā)小型地震，已經(jīng)在一些國(guó)家被證實(shí)。

位于加拿大西部的大不列顛哥倫比亞省的霍恩河流域，水力壓裂法曾造成了一系列3級(jí)及以上地震，最大震級(jí)達(dá)到3.8級(jí)。

2011年4月和5月在英國(guó)蘭開夏郡分別發(fā)生2.3級(jí)和1.5級(jí)地震。根據(jù)英國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（British Geological Survey）發(fā)布的調(diào)查報(bào)告，兩起地震均系夸德里拉資源公司在頁(yè)巖氣開采的水力壓裂作業(yè)過(guò)程中高壓灌注壓裂液所引發(fā)的。

2011年5月起，英國(guó)政府決定暫停采用水力壓裂法技術(shù)開采頁(yè)巖氣，英國(guó)民眾亦就是否應(yīng)繼續(xù)頁(yè)巖氣開發(fā)開展了激烈的辯論。

出于對(duì)未知風(fēng)險(xiǎn)的謹(jǐn)慎立場(chǎng)，一些國(guó)家和地區(qū)的政府目前仍暫停境內(nèi)的頁(yè)巖氣開采活動(dòng)，這包括法國(guó)、瑞士、保加利亞和美國(guó)新澤西州等。

不過(guò)，對(duì)于水力壓裂和地下注水引發(fā)地震的風(fēng)險(xiǎn)，科學(xué)界一直存在爭(zhēng)議。波蘭國(guó)家地質(zhì)研究院于2012年公布的一份關(guān)于頁(yè)巖氣鉆井和水力壓裂法的環(huán)境影響評(píng)估報(bào)告稱，除導(dǎo)致可容許范圍內(nèi)的噪聲臨時(shí)升高，水力壓裂不會(huì)產(chǎn)生空氣污染，也不會(huì)影響地表水和地下水的質(zhì)量，更不會(huì)引發(fā)地震。

2013年12月，英國(guó)能源與氣候變化部(DECC)在警示未來(lái)仍存在更多地震風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，也批準(zhǔn)重啟頁(yè)巖氣開采。

中國(guó)注水地震

中國(guó)的頁(yè)巖氣目前尚處試采階段，還未進(jìn)入商業(yè)開采。不過(guò)，中國(guó)學(xué)者對(duì)高壓地下注水誘發(fā)地震的問(wèn)題并不陌生，此種人為地震與水力壓裂法開采頁(yè)巖氣引發(fā)地震的原理，極為類似。

20世紀(jì)70年代以來(lái)，中國(guó)研究者已觀測(cè)到華北任丘油田、山東勝利油田、重慶榮昌地區(qū)采氣注水及四川長(zhǎng)寧鹽礦井注水等工業(yè)活動(dòng)誘發(fā)地震的現(xiàn)象。

在位于四川盆地上的自貢和榮昌兩地，研究者已對(duì)注水活動(dòng)誘發(fā)的地震進(jìn)行了較詳細(xì)的研究。

據(jù)四川省地震局張致偉等人2012年5月發(fā)表在《地球物理學(xué)報(bào)》上的論文，2009年1月，位于四川省自貢市大安區(qū)牛佛鎮(zhèn)與隆昌縣黃江昌鎮(zhèn)交界的天然氣采空廢井“家33井”在人為加壓注入廢水后，注水井周邊地區(qū)立即出現(xiàn)顯著的小震增強(qiáng)的異?，F(xiàn)象，隨著注水壓力的增加，注水井周邊先后發(fā)生4.4級(jí)和4.2級(jí)地震，每月可觀測(cè)到的小型地震也達(dá)到160余次。

在地方政府的介入下，“家33井”的注水量開始下降，隨后兩月，地震頻次與震級(jí)大小均出現(xiàn)回落。

分析顯示，在注水壓力持續(xù)升高的背景下，注水井周邊地區(qū)地震活動(dòng)強(qiáng)度、頻次與注水量呈現(xiàn)出較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，加壓注水是誘發(fā)上述地震的主要原因。

張致偉等指出，注水井持續(xù)加壓導(dǎo)致地下巖層節(jié)理、裂隙擴(kuò)張，在水的潤(rùn)滑作用下，產(chǎn)生了更多微破裂，致使小震增加。這些地震均為淺源地震，即便是兩起4級(jí)以上地震，其震源深度也僅為5公里和4公里。

在位于四川盆地東緣的重慶榮昌地區(qū)，研究者也對(duì)注水地震進(jìn)行了研究。

榮昌的地震活動(dòng)原本很弱，歷史上本無(wú)5級(jí)以上地震記載，但自20世紀(jì)80年代末期開始，隨著工業(yè)部門將天然氣開采生產(chǎn)的廢水通過(guò)廢井進(jìn)行回灌，該地區(qū)的地震活動(dòng)開始明顯增強(qiáng)，震級(jí)亦逐漸增大。

根據(jù)重慶市地震局、中國(guó)地震局地質(zhì)研究所和日本地質(zhì)調(diào)查所進(jìn)行的聯(lián)合研究，近20年來(lái)，榮昌地區(qū)共觀測(cè)到3萬(wàn)多次地震，其中5級(jí)以上2次，4級(jí)以上近20次。

榮昌地區(qū)成為重慶市地震活動(dòng)最強(qiáng)的地區(qū)之一。其中，在1997年和2010年，在注水活動(dòng)集中的廢水回灌井附近，分別發(fā)生5.4級(jí)和5.1級(jí)地震。

這些地震也呈現(xiàn)淺源特征，震源多數(shù)在2000-3000米左右，一些微震的震源甚至小于1公里。

在榮昌縣的昌元、昌州等多個(gè)地區(qū)，當(dāng)?shù)鼐用窠?jīng)常能夠感受到震感，地震時(shí)伴有房屋門窗發(fā)響。其中幾次4級(jí)以上地震，還導(dǎo)致廣順街道、安富鎮(zhèn)房屋倒塌、跳閘斷電。部分群眾還聽(tīng)到轟隆作響的地聲。

參與榮昌地區(qū)注水地震研究的日本地質(zhì)調(diào)查所研究員雷興林告訴財(cái)新記者，水力壓裂肯定會(huì)產(chǎn)生微震，但是微震還是大震，取決于當(dāng)?shù)厥欠裼邪l(fā)生大地震的地質(zhì)條件。

雷興林指出，水力壓裂與地下注水誘發(fā)地震的原理實(shí)際是一樣的，無(wú)論是水力壓裂還是地下注水，是否觸發(fā)較大地震取決于在其壓力影響范圍內(nèi)是否存在具有產(chǎn)生較大地震的結(jié)構(gòu)面。結(jié)構(gòu)面尺寸、應(yīng)力狀態(tài)和注水導(dǎo)致的壓力變化，是影響地震震級(jí)的主要因素。

他強(qiáng)調(diào)，雖然頁(yè)巖本身是低滲透、塑性相對(duì)較強(qiáng)的巖石，其壓裂本身不會(huì)導(dǎo)致太大地震，但如果有斷層切斷或抵達(dá)水壓致裂頁(yè)巖層，則仍有觸發(fā)或誘發(fā)較大地震可能，且誘發(fā)地震的震級(jí)是沒(méi)有上限的。

也就是說(shuō)，雖然頁(yè)巖本身破碎不至于產(chǎn)生大地震，但如果有斷層貫穿這些頁(yè)巖，水力壓裂產(chǎn)生的壓力就會(huì)沿著斷層擴(kuò)散到其他地區(qū)。

一般而言，注水壓力越大，注水時(shí)間越長(zhǎng)，注水的影響范圍越大，觸及較大斷層可能性便越大，發(fā)生高震級(jí)地震的風(fēng)險(xiǎn)也就越大。

前述美國(guó)地質(zhì)學(xué)者奧斯丁•霍蘭德也指出，誘發(fā)地震的最大因素是所在地原本的地質(zhì)和應(yīng)力狀況，因此，在地質(zhì)構(gòu)造活躍地帶進(jìn)行水力壓裂和高壓注水活動(dòng)時(shí)，應(yīng)更加謹(jǐn)慎，水力壓裂井與廢水處理井均應(yīng)盡量避免斷層。

“從四川盆地、云南、貴州、廣西等油氣底層及構(gòu)造特征來(lái)看，總體上大規(guī)模開采時(shí)發(fā)生較高震級(jí)的誘發(fā)地震的風(fēng)險(xiǎn)較大。若在這些地區(qū)進(jìn)行深井回灌或地下注水，無(wú)疑將增大誘發(fā)地震風(fēng)險(xiǎn)。”雷興林說(shuō)。

頁(yè)巖氣警鐘

根據(jù)美國(guó)能源信息署2011年估計(jì)，中國(guó)擁有1275萬(wàn)億立方英尺（約36.1萬(wàn)億立方米）的技術(shù)可及的頁(yè)巖氣資源，超過(guò)美國(guó)和加拿大的總和。

不過(guò)，中國(guó)近四成頁(yè)巖氣資源分布在西南地區(qū)，覆蓋四川、重慶、云南、貴州、廣西等省市區(qū)。這些地方約儲(chǔ)存有10萬(wàn)億立方米的頁(yè)巖氣。

與美國(guó)頁(yè)巖氣資源大多儲(chǔ)于深度不足3000米的海系頁(yè)巖層的情況不同，中國(guó)西南地區(qū)的優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖氣資源主要儲(chǔ)存在地下3000-5000米之間的陸系頁(yè)巖層。

美國(guó)頁(yè)巖氣資源分布地區(qū)地表?xiàng)l件優(yōu)越、地勢(shì)平坦、地廣人稀，中國(guó)西南地區(qū)則地形復(fù)雜、地勢(shì)高差大、人口密集，大規(guī)模鉆井不僅會(huì)對(duì)人口密集地區(qū)產(chǎn)生干擾，還會(huì)增加當(dāng)?shù)貙?duì)基礎(chǔ)設(shè)施的需求，更容易誘發(fā)山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害。

根據(jù)國(guó)際能源署（International Energy Agency）的統(tǒng)計(jì)，頁(yè)巖氣開發(fā)所需的壓裂井?dāng)?shù)量是傳統(tǒng)油氣資源的10倍，且鉆井和生產(chǎn)作業(yè)對(duì)地面影響較大。

奧斯丁•霍蘭德告訴財(cái)新記者，雖然水力壓裂和高壓注水活動(dòng)導(dǎo)致大地震是小概率事件，但這并不代表沒(méi)有發(fā)生的可能性。因此，對(duì)這些可能的地震風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行充分論證和監(jiān)控是有必要的。

據(jù)雷興林介紹，對(duì)于人為地震活動(dòng)，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)概率預(yù)測(cè)是可行的。多數(shù)情況下，停止注水后，地震活動(dòng)會(huì)迅速衰減和消失，這在四川南部尤其明顯。

不過(guò)，雷興林指出，由于相關(guān)企業(yè)對(duì)油氣開采和注水作業(yè)數(shù)據(jù)諱莫如深，研究者往往等到頻繁的小震活動(dòng)或中級(jí)規(guī)模地震發(fā)生后才介入研究。

“如果可以提前合作，研究者對(duì)水力壓裂井和注水井周圍的地震活動(dòng)進(jìn)行加密觀測(cè)，跟蹤注入液去向，評(píng)估壓力是否向大斷層擴(kuò)散，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)方式預(yù)測(cè)發(fā)生大地震的可能性；當(dāng)判斷存在誘發(fā)大地震危險(xiǎn)時(shí)，企業(yè)可及時(shí)通過(guò)改變注水壓力、注水方式，預(yù)防大地震的發(fā)生。”雷興林說(shuō)。

財(cái)新記者獲悉，截至目前，中國(guó)頁(yè)巖氣開發(fā)尚未采用地下注水方式處理廢水。在重慶和陜西進(jìn)行的小規(guī)模頁(yè)巖氣試開采活動(dòng)，均通過(guò)水處理方式處理廢水。不過(guò)，對(duì)于日后大規(guī)模開采后的頁(yè)巖氣廢水處理方法，業(yè)界也沒(méi)有定論。

一位外資頁(yè)巖氣運(yùn)營(yíng)商顧問(wèn)向財(cái)新記者坦陳，頁(yè)巖氣開發(fā)對(duì)環(huán)境的影響本身就是一個(gè)很敏感的話題，公開討論不多。其原因，乃是國(guó)內(nèi)頁(yè)巖氣開發(fā)規(guī)模有限，環(huán)境影響尚不突出。“但這并不是說(shuō)沒(méi)有問(wèn)題，只是規(guī)模還不到。”他補(bǔ)充道。

一位中石化內(nèi)部人士告訴財(cái)新記者，目前，國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)的確還沒(méi)有把頁(yè)巖氣開采誘發(fā)地震作為一個(gè)問(wèn)題正式討論過(guò)。他認(rèn)為，即便是剛剛發(fā)生雅安地震的四川省，也不至于“談?wù)鹕?rdquo;。

“美國(guó)每年新增一到兩萬(wàn)口井，都是用水力壓裂。如果（地震）問(wèn)題那么嚴(yán)重，也不會(huì)繼續(xù)這樣大規(guī)模的開采。”上述人士稱。

中石化石油勘探開發(fā)研究院高級(jí)工程師包書景坦陳，現(xiàn)階段對(duì)頁(yè)巖氣商用開采的環(huán)境影響評(píng)估，的確還未將地震風(fēng)險(xiǎn)考慮進(jìn)去，主要原因是主流觀點(diǎn)認(rèn)為人工壓裂量與自然的壓力差得很遠(yuǎn)。不過(guò)，包書景表示，“如果說(shuō)水力壓裂是（引發(fā)）地震的最后一根稻草，這種可能性也是有的。”

包書景認(rèn)為，提示可能的地震風(fēng)險(xiǎn)，將地震風(fēng)險(xiǎn)納入頁(yè)巖氣開采環(huán)境影響評(píng)估，是應(yīng)該的。

雷興林建議，油氣企業(yè)的地下作業(yè)和注水活動(dòng)的環(huán)境影響評(píng)價(jià)應(yīng)由中立的第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行；在國(guó)家和政府層面，也應(yīng)該有相應(yīng)的監(jiān)管機(jī)制，對(duì)這些具有產(chǎn)生地震風(fēng)險(xiǎn)的作業(yè)活動(dòng)的安全性進(jìn)行有效監(jiān)控。

“在經(jīng)濟(jì)優(yōu)先的大前提下，中國(guó)在上述方面有些滯后，這可以理解。但（相關(guān)工作）一定要做。”雷興林說(shuō)。