地下碳封存——将碳储存在地下深处的岩石中——为从大气中去除碳提供了部分解决方案。与减排一起使用，地质碳封存可以帮助缓解人为气候变化。但与其他地下作业一样，它也伴随着风险——包括地震。
地球物理学家仍在努力了解什么会引发人为地震，自 1960 年代以来就有记录。周四发表在《地质学》杂志上的一项新研究探讨了为什么美国一个重产油田的一部分会发生地震，而另一部分却没有。作者首次证明，过去石油钻探的影响改变了断层上的应力，使得注入流体不太可能诱发或触发今天的地震。
该研究的重点是特拉华盆地，这是一个横跨西德克萨斯州和新墨西哥州边界的油气田。至少从 1970 年代开始就在那里进行钻探，该地区有超过 10,000 口活跃的单井。在那里，斯坦福大学地球物理学家 No'am Dvory 和 Mark Zoback 注意到地震活动中的一种有趣模式。最近的浅层地震主要发生在盆地的南半部，而北半部地震平静，尽管整个盆地发生了浅层废水注入。
“那么，令人信服的问题是，为什么所有浅层地震都仅限于一个地区，而不是更广泛的地区?”佐贝克说。
向地下注入废水等流体可以诱发地震。当废水注入岩石时，压力会增加，从而使岩石和任何存在的断层承受更高的压力。如果这些压力和应力足够高，就会发生地震。
特拉华盆地南部注入地震往往较浅且震级相对较低，通常足以使盘子发出嘎嘎声，但不足以造成损坏。然而，如果更深的断层被激活，可能会发生更高级别的地震并造成破坏。例如，2020 年 3 月，德克萨斯州芒通发生了 4.6 级地震，这可能是由于深层注入与地下 5 英里左右的结晶基底岩石中的断层相互作用所致。
“地震的大小受到滑动断层大小的限制，”德沃里解释说。在断层浅且小(只有几公里大小)的地方，地震震级往往很小。“你仍然可以感觉到它，但它不那么危险。”
将地震风险降至最低是任何地下作业的目标，无论是石油和天然气生产还是碳封存。这使得特拉华盆地及其奇怪的地震模式成为 Dvory 和 Zoback 的重要目标。这是地质力学中的自然实验，即诱发地震背后的“原因”。
为了破译这种模式，Dvory 和 Zoback 首先模拟了导致盆地断层滑动所需的地下压力，并将这些值与估计的应力值联系起来。一旦确定了基线，他们就计算了特拉华盆地周围的孔隙压力。他们的结果显示了一个清晰的模式：北部盆地的地质构造以前曾生产过碳氢化合物，其孔隙压力低于“未受干扰”岩石中的孔隙压力，并且没有发生地震。南部盆地以前几乎没有来自相同地层的生产，具有更高的初始压力和地震。
“在某些地区，我们甚至有 1950 年代以来石油和天然气开发的证据，”德沃里说。“在有大量碳氢化合物生产的地方，压力耗尽，地层基本上变得更加稳定。”
现在，当流体重新注入那些“稳定的”先前钻探过的岩石中时，起始压力低于它们第一次钻探时的压力。
“因此，在以前进行石油生产的地方，当前注入的压力显着降低，因此引发地震的可能性要小得多，”Zoback 解释说。“在某些时候，如果注入足够多，可能会引发地震，这并非不可想象。但在我们研究的地区，我们能够证明以前发生的事情强烈影响当前操作过程如何影响触发地震的可能性.”
针对这些过去石油生产的地点，地震风险较低，可能是碳封存的好方法。
“我们面临着在未来十到二十年内在地下储存大量二氧化碳的全球挑战，”佐贝克说。“我们需要地方来安全地储存数百年的大量二氧化碳，这显然包括不允许压力增加引发地震。地球科学在应对这一挑战中的重要性怎么强调都不为过。这是一个巨大的问题，但地球科学是关键的起点。”
