教育新闻网弗吉尼亚理工大学的一组地球科学研究人员开发了一种新理论，来解释即使注入速度下降，注入诱发的地震如何以及为什么继续发生。
自1960年代以来，专家就知道，当油田废水通过深注入井泵入地下时，就会发生地震。在过去的十年中，注水诱发的地震已成为全球油气盆地的经常性事件，特别是在美国中部，甚至在中国和加拿大。
石油和天然气生产通常伴有高度咸淡的地下水，也称为油田盐水。这些液体的咸度可能比海水高五到六倍，因此它们对陆地生态系统有毒，几乎没有有益的用途。结果，油田盐水被认为是一种废物，可以通过将其抽回到深部地质构造中进行处置。
当将流体泵入深注入井时，它们会改变深部地质构造中自然发生的流体压力。这些流体压力的变化会破坏断层的稳定性，导致地震，例如2016年9月在俄克拉荷马州波尼发生的5.8级破坏性地震。
在有关注射诱发地震更伤脑筋的科学问题是为什么他们似乎在这些地方的俄克拉何马州和堪萨斯州，在那里注射率已经到组合减少由于被越来越深地震减灾措施，减少石油和天然气生产。
在8月5日发表在《能源与环境科学》上的一项研究中，地球科学系助理教授Ryan M. Pollyea和一组学生研究人员提出了一种新理论，即废水本身在导致注入的过程中起着重要作用。引起的地震。
弗吉尼亚理工大学计算地球流体实验室的负责人波利亚说：“我们知道俄克拉荷马州的地震正在加剧。因此，我们正在试图弄清楚什么条件使之成为可能。我们的研究表明，这是由于地震的综合影响而造成的。地质，地下岩石中的天然流体以及废水本身。”
尽管数十年来研究人员已经知道深部流体注入会引发地震，但Pollyea表示，先前的研究缺少有关其发生方式的一些相关细节。他特别指出，油田盐水与纯净水相比，密度和粘度具有很大不同的特性，这些差异会影响导致流体压力引发地震的过程。
该研究的合著者，前博士学位的Richard S. Jayne说：“基本思想是，油田盐水具有大量溶解的固体物质，这使废水比深部地质构造中的天然流体重。” 弗吉尼亚理工大学的学生，现在是桑迪亚国家实验室的研究水文地质学家，“因此，如果流体具有相同的材料特性，稠密的废水会下沉，增加流体压力，并引起更深的地震。”
Pollyea和他的团队使用弗吉尼亚理工大学高级研究计算部门的超级计算机，通过使用地质属性，废水温度和废水密度的各种组合，生产了100多个油田废水处理模型，测试了他们的想法。通过这种计算方法，研究小组隔离了改变地质构造中流体压力的条件和物理过程。
Pollyea说：“我们发现确实有两种不同的过程将流体压力驱入地下深层地震发生。” “第一个过程称为压力扩散，这是当废水被迫进入已经充满水的地质构造时发生的。这一过程早已为人所知，但第二个过程发生在高密度废水下沉并推动低密度流体的过程中。挡开。”
根据这一新理论，废水和深层地下流体之间的密度差对于诱发地震的发生比以前已知的更为重要。地质学助理教授梅根·布朗(Megan Brown)说：“这是诱发地震研究中已被忽略的领域之一。”该教授专门研究北伊利诺伊大学的流体触发地震活动，但并未参与这项研究。“密度驱动的压力瞬变是注入流体和地层流体之间的密度差的直观结果。”
尽管自2014年和2015年高峰以来，美国中部地震的发生率一直在下降，但这种新理论不仅解释了为什么俄克拉荷马州的地震越来越深，而且还解释了为什么2016年俄克拉荷马州发生了5级以上的地震。全州注射率正在下降。
“我们研究的一个有趣的方面是下沉的废水羽流不需要泵就可以迁移到更深的地下，” Pollyea说，“实际上，在停止注入后数十年内，它们将继续以自身的重量下沉，我们的研究表明废水不一定要重很多。”
在减震和规范实践方面，这项研究具有深远的意义：研究小组指出，美国许多油气盆地中都存在高密度盐水，但他们也认为，在实践中使用这项研究需要更多有关流体的信息。布朗说：“这项研究强调需要针对特定地点的数据和增加采样，因为密度差异是近场压力瞬变的驱动因素，也可能导致注入前的缓解措施。”
Pollyea说，他的研究小组正在继续研究导致诱发地震的水文地质过程的新理论。Pollyea说：“我们真的很想知道我们对流体化学的看法如何影响俄克拉荷马州和得克萨斯州的区域性扩展注入操作。” “而我们最近的一名MS毕业生，Graydon Konzen(研究合著者)在这一领域做了一些令人兴奋的新工作。”
