回補枯竭的地下水可能誘發(fā)小型地震 | 深度報道

原文發(fā)表于 《科技導(dǎo)報》2025年第24期科技新聞-深度報道

回補枯竭的地下水可能誘發(fā)小型地震——含水層注水項目的熱潮或許會喚醒沉寂已久的斷層

弗吉尼亞州的地震監(jiān)測臺站能夠捕捉到為波托馬克含水層回灌補水可能誘發(fā)的微小震動（圖片來源：

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在美國大西洋沿岸，詹姆斯河畔，10根不銹鋼管道深入弗吉尼亞東南部地下數(shù)百米，穿透淤泥和沙層。2026年，漢普頓路衛(wèi)生區(qū)（HRSD）將開始每天通過這些管道注入約6000萬L處理后廢水，這是回填巨型但正萎縮的波托馬克含水層（potomac aquifer）項目的一部分。該含水層儲水于壓實沙層孔隙中。項目總投資28億美元，完工后將成為中大西洋地區(qū)同類最大規(guī)模。

美國多地正規(guī)劃或?qū)嵤╊愃祈椖浚?strong>旨在為長期過度抽取含水層的家庭、企業(yè)和農(nóng)場維持供水。但這些項目可能帶來意外副作用：地震。弗吉尼亞理工大學(xué)地質(zhì)科學(xué)家Ryan Pollyea領(lǐng)導(dǎo)與弗吉尼亞注入項目相關(guān)的“明日可持續(xù)水倡議”（sustainable water initiative for tomorrow）研究，他表示：“只要大規(guī)模深層注入液體，誘發(fā)地震始終是隱患。”

含水層提供美國約1/2淡水。過度抽取導(dǎo)致儲量下降，上覆土地沉降，沿海地區(qū)還出現(xiàn)咸水入侵。HRSD水文地質(zhì)學(xué)家Dan Holloway表示，在已易受海平面上升影響的弗吉尼亞東南部，波托馬克含水層水位某些地方下降超過30 m。

加州橙縣水區(qū)回注規(guī)劃經(jīng)理Adam Hutchinson介紹，該區(qū)近百年前開始實驗含水層回注。最初僅讓水從巨型蓄水池自然滲入地面。但地表回注緩慢，且需大片未開發(fā)土地和疏松透水土壤（波托馬克含水層則被厚黏土層覆蓋，抑制自然回注）。

20世紀(jì)70年代，橙縣加速進(jìn)程：將污水處理廠凈化至飲用標(biāo)準(zhǔn)的廢水直接注入枯竭含水層。Hutchinson表示，這些項目恢復(fù)含水層壓力，阻擋太平洋咸水入侵，同時允許橙縣農(nóng)民和居民維持高耗水生活方式。美國的全國效仿：從得州到佛州，水管理者啟動各自注入項目。

但地球基巖布滿斷層——地殼板塊相互摩擦產(chǎn)生地震的薄弱帶。許多斷層休眠于含水層下“基底”巖石中。注入水滲入這些巖石，提升孔隙壓力，減輕巖石負(fù)荷。這降低正常夾緊斷層的應(yīng)力，導(dǎo)致滑動——引發(fā)地震。

意大利國家地球物理與火山學(xué)研究所大地測量學(xué)家Nicola D’Agostino表示：“當(dāng)?shù)貧ぬ幱谂R界狀態(tài)時，只需應(yīng)力系統(tǒng)極小變化就能觸發(fā)地震。”此類地震可能數(shù)月或數(shù)年才顯現(xiàn)，且出現(xiàn)在注入點數(shù)十公里外。即使停止注入，多年震顫已“蓄勢待發(fā)”。意大利國家海洋與應(yīng)用地球物理研究所地震學(xué)家Pier Luigi Bragato表示：“這不是簡單開關(guān)問題。”

目前尚未報告含水層回注相關(guān)地震，但油氣行業(yè)誘發(fā)地震屢見不鮮——壓裂廢水注入與含水層無關(guān)深層巖石。得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校經(jīng)濟(jì)地質(zhì)局地質(zhì)學(xué)家Katie Smye表示，在俄克拉荷馬和得州，這些“天文數(shù)字”體積廢水可引發(fā)每日地震。大多數(shù)震級太小不易察覺，但2011年俄克拉荷馬5.7級地震毀壞房屋、扭曲公路，2022年得州5.4級地震導(dǎo)致醫(yī)院大樓疏散。

2019年，HRSD找到此前研究油氣誘發(fā)地震的Pollyea，評估其計劃地震風(fēng)險。其團(tuán)隊在規(guī)劃注入點周圍布設(shè)5個地震臺站，建立區(qū)域背景震動基線。同時構(gòu)建含水層及其他地下層地質(zhì)模型，納入巖石屬性估算和已知斷層方位。模型還考慮注入速度——決定流體壓力是否深入斷層密集巖石。

利用模型，Pollyea團(tuán)隊測試擬注入速率最高達(dá)每井近1000萬L/d——比計劃高50%。他們6月論文報告：最高速率產(chǎn)生孔隙壓力僅為汽車輪胎壓力的1/6，但仍足以誘發(fā)地震。11月，他們?yōu)楦ゼ醽嗧椖繋砀残南ⅲ翰ㄍ旭R克含水層相對不透水黏土層將減緩水向基底巖石滲漏，或可限制地震。

非營利組織地下水保護(hù)委員會地下注入控制政策主任Lorrie Council表示，數(shù)據(jù)中心耗水巨大，用于冷卻驅(qū)動人工智能的計算機，加州和弗吉尼亞等地區(qū)含水層回注需求或?qū)⒃鲩L。她表示：“這加劇整個供水壓力，未來我們將在意想不到的地方看到更多注入項目。”她已與水資源豐富州如華盛頓、俄勒岡、俄亥俄的有關(guān)人員討論含水層注入。

D'Agostino表示，這更需確保地震不破壞前景看好的含水層注入項目。弗吉尼亞地殼相對安靜，破壞性大震可能性低。但他強調(diào)：“想象一下，突然在以往極少地震的地方出現(xiàn)震動。”即使小震，人們也會察覺，因為此處的基礎(chǔ)設(shè)施或未設(shè)計抗震。弗吉尼亞理工大學(xué)地質(zhì)研究生John Ogunleye補充，多起小震會增加大震概率。

D'Agostino表示，這些項目上線時，必須牢記“我們無法控制地球?qū)ξ覀兏蓴_的響應(yīng)，一旦開始干擾地殼，就應(yīng)謹(jǐn)慎。”

文 / Hannah Richter

（譯自

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