作者:宗华 来源:中国科学报 发布时间:2018/5/7 9:17:33
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地震:无碳能源副产品?
韩国历史上第二大地震或同地热电站有关

去年11月发生的浦项地震导致5200万美元损失。图片来源:KIM JUN-BEOM/YONHAP VIA AP

地热能有很多令人喜欢的地方。即便在缺乏天然热点的地区,工程师也能通过向地球深处注入高压水获得能量。在地球深处,水被滚烫的花岗岩地壳加热并且随后被向上泵回,从而为家庭提供热量或者产生电力。这曾是韩国浦项市的目标。在那里,一个耗资3800万美元的小型试验工厂旨在将这种无碳能源带入该国。不过,现在看来,这座工厂似乎带来了一些其他事情:一场破坏性的大型地震。

发生在浦项市的5.5级地震是该国现代历史上经历的第二大地震。它于2017年11月15日发生在当地人口密集区域,导致90人受伤以及5200万美元损失。此次地震令很多房屋坍塌、马路开裂,并且摧毁了很多旧建筑。而两项日前发表于《科学》杂志的研究显示,它可能是由增强型地热能触发的史上最大规模的地震。

浦项位于韩国东南沿海,远离相互挤压的构造板块,因此不可能是大地震的热点。国立釜山大学地震学家Kwanghee Kim介绍说,在上述地热电站的两口井被钻探前,那里从未发生过大型地震。但当Kim在监控2016年发生的一场不相关地震的余波时,他开始探测到来自浦项的隆隆响声。这促使其实验室在当地部署了8个临时地震传感器。它们最终在2017年11月10日被安装妥当。Kim预计,即便当地发生地震,规模也会很小——毕竟,此前同增强型地热电站相关的最大型地震(发生在瑞士巴塞尔)仅有3.4级。

证实这一想法是错的仅用了5天时间。“浦项地震的规模比现有理论预测的任何地震都要大。”Kim表示。尽管一些初步的测量结果将此次地震源头指向离该电站若干公里的地方,但Kim建立的观测网显示,该地震及若干前震均开始于4000米深、被用于向地表下岩石注射水以创建该电站热库的井下。Kim介绍说,有可能这口井的高压水为岩石中的未知断层提供了“润滑剂”,导致其滑落并且触发地震。

由欧洲科学家利用区域地震资料撰写的第二篇论文,强化了上述韩国团队的研究结果,尤其是在震源深度方面。该研究还指出,此前一场3.1级地震也曾在井底附近发生,从而增加了共震源的几率。第二项研究的主要作者、瑞士地震研究所所长Stefan Wiemer表示,2017年11月地震发生后关于地表移位的卫星测量结果支撑了这一观点。他介绍说,很明显,闭锁断层在积蓄等待被释放的能量。“如果这一断层在下周二或者50年后消失了,我们将永远不会知道。”

过去10年间,由于来自水力压裂以及石油和天然气生产的废水注入,诸如俄克拉何马州等美国各州经历了诱发地震的激增。不过,和水力压裂操作不同,来自增强型地热电站的水不会留在地下或者引发长期的压力蓄积。这促使一些科学家将针对地热操作的地震风险评估大多建立在这些井如何被操作(包括注入液体的数量或者速率)上。浦项地震表明,这需要改变,并且风险更高。Kim表示,“这应当是一记警钟。”

如果结论站得住脚,它们将给瑞士等国的地热发展带来麻烦。这些国家正计划利用地热能削减化石燃料。与此同时,这还将打击全球地热开发商,因为后者才刚刚开始从此前较小型地震引发的担心中恢复过来。或许最令人担忧的是,在此次地震发生的几个月前,浦项利用了一项旨在限制地震大小、名为“软刺激”的新技术。和所有增强型地热方法一样,该技术将处于压力下的水注入地下,以创建岩石中的裂缝,只不过以一种被限制的柔和方法实现这一点,从而限制地震规模。

关于这场地震来源的权威性论断来自一个韩国政府委员会,包括一个由国际科学家组成的团队。他们将分析由临时关闭的地热电站记录的地震学数据。正致力于该研究的斯坦福大学地球物理学家William Ellsworth表示,两项新研究将在开展调查的过程中发挥重要作用。尤其是Kim的研究,“强有力地表明该地震开始于被刺激的区域内部或者附近”。

Wiemer认为,这不应当阻碍增强型地热的更广泛发展。毕竟,美国找到了容忍同废水注入相关的很多更大型地震的方法。Ellsworth表示,对于浦项地震来说,无论起因如何,都可能有利于地震形成研究。“我们从对该事件的仔细分析和研究中能学到很多。”(宗华编译)

《中国科学报》 (2018-05-07 第3版 国际)
 
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