香港中文大學(xué)(中大)地球與環(huán)境科學(xué)系楊宏峰教授及其團(tuán)隊(duì),發(fā)現(xiàn)2019年四川威遠(yuǎn)頁巖氣田的5.6級地震前長達(dá)11個(gè)月的先兆性斷層活動。這項(xiàng)突破性發(fā)現(xiàn)發(fā)表於著名期刊《Communications Earth & Environment》,揭示地震發(fā)生前長時(shí)間的先兆訊號,為破壞性地震的誘發(fā)機(jī)制及救災(zāi)策略提供新見解。此前,楊宏峰團(tuán)隊(duì)於2020年研究曾引起各地學(xué)術(shù)界關(guān)注,揭示了該地區(qū)的水力壓裂可誘發(fā)破壞性地震,而是次研究更加深入地探討其誘發(fā)機(jī)制,加深對水力壓裂誘發(fā)地震的認(rèn)識。
自2017年以來,楊宏峰的團(tuán)隊(duì)一直研究四川盆地(中國頁巖氣開發(fā)的主要區(qū)域)的誘發(fā)地震。雖然大多數(shù)誘發(fā)地震規(guī)模較小,但有些地震可能具有破壞性,導(dǎo)致人員傷亡和嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。由於缺乏對這些破壞性事件機(jī)制的深入了解,令制定有效應(yīng)對策略面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在2020年,團(tuán)隊(duì)揭示了2019年發(fā)生於威遠(yuǎn)頁巖氣田的極淺層地震可能與水力壓裂有關(guān)。水力壓裂是一種透過向低滲透性的頁巖層注入高壓水而產(chǎn)生裂縫,以提高頁巖氣產(chǎn)量的技術(shù)。研究首次記錄因水力壓裂誘發(fā)的致命地震例子。2023年,團(tuán)隊(duì)更發(fā)現(xiàn)了水力壓裂誘發(fā)地震的新機(jī)制。
楊宏峰教授
在最新研究中,團(tuán)隊(duì)利用近斷層地震儀數(shù)據(jù)及先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù),以極高精準(zhǔn)度(定位誤差小於10米)識別出2019年四川威遠(yuǎn)5.6級地震發(fā)生前的長時(shí)間地震先兆訊號,並與該區(qū)頁巖氣開採活動有關(guān)。數(shù)值模擬進(jìn)一步顯示,無震滑移──即沿?cái)鄬拥木徛堑卣鹦赃\(yùn)動──是長時(shí)間先兆斷層活動的主要因素。該區(qū)於2015年開始開採油氣,並設(shè)置多個(gè)水力壓裂平臺向頁巖注入高壓水。受H39平臺水力壓裂流體進(jìn)入斷層影響,斷層於2018年10月閞始活動。隨後,因受到多個(gè)平臺持續(xù)水力壓裂的影響,先兆性前震因而沿著斷層向主震震源遷移。
楊宏峰表示:「由於地震會在壓裂活動結(jié)束之後發(fā)生,這使得難以及時(shí)採取有效緩解措施。我們的研究發(fā)現(xiàn)長時(shí)間的先兆性斷層活動對評估誘發(fā)地震的風(fēng)險(xiǎn)。這類持續(xù)性的地震活動在地震前11個(gè)月反映斷層面的狀況,對隨後的破壞性地震有所警示,顯示微小的斷層運(yùn)動如何逐漸演化至災(zāi)難性事件的發(fā)生?!?/p>
這些先兆訊號可視為活躍頁巖氣開採區(qū)域的災(zāi)害預(yù)警。研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃繼續(xù)在四川盆地進(jìn)行研究,擴(kuò)大地震數(shù)據(jù)庫,以支持研發(fā)預(yù)警系統(tǒng)。研究團(tuán)隊(duì)中還包括由香港博士研究生獎學(xué)金計(jì)劃資助的第一作者資金平博士,以及第一共同作者、香港研究資助局博士後獎學(xué)金計(jì)劃得獎?wù)呒娆F(xiàn)任嶺南大學(xué)助理教授楊雨韻博士。
頂圖:資金平博士(左及中)及楊宏峰教授(右)參與實(shí)地工作,在野外裝置地震儀收集地震訊號。
2019年四川威遠(yuǎn)5.6級地震發(fā)生前的11個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)先兆訊號,這與頁巖氣開採活動有關(guān)。該氣田於2015年開始開發(fā)。由於H39平臺的水力壓裂流體進(jìn)入斷層影響,斷層於2018年10月閞始活動。隨後,因受到多個(gè)平臺(如H37平臺)持續(xù)水力壓裂的影響,先兆性前震因而沿著斷層向主震震源遷移。