川南頁岩氣開採要為地震頻發負直接責任嗎？

兩天內接連發生三次4級以上地震後，四川省自貢市榮縣叫停當地頁岩氣開採作業。頁岩氣的勘探開採會增加地震風險嗎？答案是肯定的，這一觀點在學術界基本已得到統一。但單就榮縣近日的三次地震而言，目前尚沒有充足的理由和數據得出“由頁岩氣開發導致”的結論。

2月25日，在四川省自貢市榮縣高山鎮，武警四川總隊自貢支隊官兵參與現場救援。圖自視覺中國

頁岩氣開發之所以易誘發地震，要從其特殊的開採方式説起。

顧名思義，頁岩氣是從頁岩層中開採出來的天然氣，主體位於暗色泥頁岩或高碳泥頁岩中，是一種非常規天然氣。經過上億年沉積演化後，天然氣以吸附或遊離狀態儲存、“幽禁”在頁岩的孔隙裏。頁岩既是天然氣生成的源巖，也是聚集和保存天然氣的儲層和蓋層。

為了將這些藏匿於縫隙中的油氣“擠出”，須採用水力壓裂技術——開採頁岩資源通常要先打直井到幾千米的地下，再向水平方向鑽進數百米到上千米，並將大量摻入化學物質的高壓水流注入頁岩層進行液壓碎裂，人為造成縫隙、“撬開”岩層，從而讓石油或天然氣順着井筒流到地表。數十年來，水力壓裂法在北美的普及助推了北美頁岩油氣繁榮，由此帶來的海量頁岩氣在拉低北美氣價的同時也讓美國成為天然氣淨出口國。這一技術同樣被應用在四川地區的頁岩氣開採中。

水力壓裂示意圖

四川盆地是國內天然氣最富集的三大盆地之一。該地區頁岩氣埋藏深度比較深，一般在2000米到3000米之間，榮縣地區位於“長寧—榮縣—威遠國家級頁岩氣產業示範區”範圍內，是四川盆地內頁岩氣的最佳儲層區。

據四川日報報道，榮縣發科局發言人在2月25日晚間舉行的發佈會上介紹了榮縣頁岩氣開發項目情況：截至目前，榮縣境內已新建15個平台，39口井開鑽，其中25口已完鑽，10口投產。先期開發主要在榮縣旭陽鎮、雙石鎮、望佳鎮、過水鎮、高山鎮、樂得鎮6個鄉鎮，均距榮縣主城區5-10千米範圍內，井深垂直3.4千米，水平走向1.7千米。

2月24日、25日兩天，榮縣連續發生三起地震，震級分別為4.7級、4.3級、4.9級，震源深度均為5千米。從震源深度來看，與官方披露的頁岩氣開採深度並不一致。單從這個角度而言，很難判定地震與頁岩氣開採有直接的關係，兩者的關聯性仍待詳細數據支撐。

榮縣要求頁岩氣開發企業暫停開採作業，並非默認開採導致了地震，而是“因地震安全原因和安全生產需要。”

學術界對水力壓裂法和地震之間的關係，以及該技術潛在的其他風險早有研究。最著名的案例便是美國主要頁岩油氣產地俄克拉何馬州的地震頻次提高。

自有記錄以來，1975年至2008年，俄克拉何馬州每年最多發生3起3.0級以上的地震。從2009年開始，3級以上地震次數不斷猛增。2009年20起，2010年35起，2011年64起。2012年回落至35起，但2013年反彈至109起，2014年達到585起。2016年9月，該州中北部發生5.6級地震，為該州有記錄以來最強地震。

彼時，斯坦福大學研究人員曾在美國《科學進展》雜誌上發表報告稱，俄克拉何馬州之所以變得地震頻發，主要原因是當地企業把用水力壓裂法開採油氣時產生的大量含鹽廢水回注到地球深處沉積層。

來自中國石油西南油氣田公司的餘婷婷等人於2013年發表的《頁岩氣開發面臨的環保挑戰及建議》一文提出，大面積規模化開採頁岩氣引起斷層活化，進而可能誘發地震和滑坡等地質災害。2012年4月，美國地質調查局公佈的一份報告稱，從阿拉巴馬州到北方落基山脈的美國中西部地區近十年來地震頻發“幾乎可以肯定是人為的”，其中石油和天然氣鑽探活動，尤其是頁岩氣開發使用的水力壓裂法以及該方法涉及的廢水處理井都同地震次數增加有關。

上文還舉例稱，德克薩斯大學和南衞理工會大學的地震學家所做的研究表明：美國德克薩斯州克利本小鎮2008—2009年間的地震與巴奈特頁岩（Barnett shale）開發過程中的水力壓裂沒有決定性關係，但將氣井生產產生的大量含鹽地層水注入回注井可能會誘發附近的地震活動。

在加拿大西部一些地區，油氣開採過程中的水力壓裂誘發了許多小地震及中地震。2016月11月，加拿大卡爾加里大學教授David Eaton和博士後鮑學偉在頂級學術期刊《Science》上發表題為“Fault activation by hydraulic fracturing in western Canada”（加拿大西部水力壓裂引發的斷層活化）的最新研究，解釋了水力壓裂誘發地震的機制。兩位研究者對2014年12月到2015年3月間加拿大西部地區阿爾特拉Fox Creekfu附近發生的中小型地震和6個水力壓裂作業點進行了追蹤，並對水力壓裂作業點附近的已有斷層結構進行高清解析，發現水平井壓裂活化斷層的兩種不同過程：(1)滲入附近斷層的壓裂流體增加其孔隙壓強；(2)水力壓裂本身造成的地應力變化。

那麼，上述研究結論能推導出水力壓裂和注水直接引發了四川榮縣的近三次地震嗎？只能説不排除兩者有關，但頁岩氣開採是最近地震的決定性因素嗎？仍然無法確定。

三次地震發生後，中國地震台網中心和四川省地震預報研究中心專家分析認為，榮縣連發地震的原因主要有兩個方面：一是榮縣屬於四川中等地震活動區域。震中附近100千米範圍內有較小規模的斷裂9條，其中距震中最近的斷裂為長山鎮斷裂，距離僅約15千米。自1970年四川地震台網有記錄以來，震中附近50千米範圍內發生4.0級以上地震5次，最大為1985年3月29日自貢4.8級地震。二是近期屬於四川地震的相對活躍期。四川地震活動在時間上具有一定的規律性，目前四川地震活動處於相對頻繁和強烈的時期，榮縣地區近幾年來也出現小震持續活躍。

四川省地震局專家對此解釋説，根據地震波記錄和震源機制解，還無法確定地震與當地工業開採的關係。從目前的地震波分析來看，地震與該地區的背斜構造，特別是與一些小斷裂有關。“還需要進行更多更深入的研究，才能確定人類活動和地震的關係。從目前的波形記錄和震源機制解來看，榮縣地震屬於構造性地震。”構造地震也稱“斷層地震”，由地殼（或岩石圈，少數發生在地殼以下的岩石圈上地幔部位）發生斷層而引起。地殼(或岩石圈)在構造運動中發生形變，當變形超出了岩石的承受能力，岩石就發生斷裂，在構造運動中長期積累的能量迅速釋放，造成岩石振動，從而形成地震。

此外，果殼網地質學科普作者“雲舞空城”認為，兩天三次震級相似的地震很正常，一次“地震序列”除了一個主震加若干個小余震的類型外，還有雙主震型地震、震羣型地震等。最近兩三天發生在自貢及周邊的地震實質上都屬於一場地震。

最後，既然頁岩氣水力壓裂開發有潛在的環境風險、開採成本成本又高，為何還要選擇頁岩氣？2018年，中國超過日本成為世界最大的天然氣進口國，對外依存度升至45%左右，且今年還將繼續上升。要實現與中國天然氣消費增長前景相匹配的“力爭到2020年底前國內天然氣產量達到2000億立方米以上”目標，非常規天然氣是必要組成部分，其開發無法忽視。

（澎湃新聞記者 楊漾）