我们能够阻止人为地震的激增吗？

马克·克里斯蒙和我坐在他俄克拉荷马州的房子外面，看着池塘边的萱草，这时远处的一声巨响打断了我们的谈话。“你感觉到了吗？”克里斯蒙问道。“安静点。坐着别动。”他今年 76 岁，身材瘦削，从电子行业退休，灰白的头发从红润的脸上梳直。巨响持续不断，每分钟一两次；我感觉到了。“那是一次小地震，”他说，几秒钟后声音又响了起来。“它又来了。我们去看看地震仪——我会告诉你它是什么样子的。”

我们走进他的车库。当时正值七月，斯蒂尔沃特北部乡村的气温接近华氏 100 度。这栋建筑里摆满了冰柜，克里斯蒙和他的妻子把他们种植、捕捉、射击和熏制的食物存放在那里。鹿和郊狼的尾巴覆盖着波纹铁皮墙。角落的一张桌子上，旁边放着一瓶手工贴标签的桃子白兰地，旁边放着一台戴尔笔记本电脑，它通过电缆连接到一个埋在地下的地震仪上。俄克拉荷马州立大学的科学家在 2014 年将这个地震仪送给了克里斯蒙，作为监测该州当前地震活动的项目的一部分。

他吸了一口烟，然后把注意力转向屏幕上滚动的三条平行线：底部是蓝色，中间是红色，顶部是绿色。它们大部分都是直的，但在我们感觉到震动的几分钟里，它们变得参差不齐了。“你愿意忍受那一天一夜吗？”他问道。

克里斯蒙每天有 14 个小时坐在这张办公桌前，时不时地。他早上六点到达办公室，用数码相机拍摄这些尖峰，记录下他所说的日益严重的威胁（尽管数据无论如何都会被记录下来）。有很多东西可以拍照：俄克拉荷马州历史上很少发生 3.0 级或以上的地震，但从 2009 年开始经常发生。俄克拉荷马州地质调查局在 2012 年记录了 35 次这样的地震，2013 年记录了 109 次，2014 年记录了 584 次。（之前每年的平均地震次数不到两次。）到 10 月底，2015 年的数字已经超过 700 次。

科学家们已经找到了其中的原因：石油和天然气工业将废水注入地下深处的做法。

位于大陆下方的花岗岩基底位于俄克拉荷马州小麦和苜蓿田地下方一英里处，上面布满了断层。通常，自然应力会夹紧岩石，防止它们移动——就像“东西两侧被猛击的老虎钳，有人在转动螺丝”，俄克拉荷马州立大学水文地球物理学家托德·哈利汉 (Todd Halihan) 说。他说，如果将液体注入足够深的地方，液体就会流进花岗岩的裂缝中，从而润滑岩石并导致断层滑动。

哈利汉将此与桌上空气曲棍球进行了比较。“当它关闭时，冰球移动得不是特别好，”他说。“打开空气，就像注射一样。那个冰球移动得非常好。”

我们给“冰球”更多滑动空间的现象并不只发生在俄克拉荷马州。人类在无意中不断找到引发地震的新方法。我们通过蓄水、开采矿山、试验核武器、利用地热能以及将二氧化碳压入地下来减缓全球变暖，从而震动了地面。

有时这些地震会像克里斯蒙和我在他家外面感受到的那种震动一样。有时它们会倒塌建筑物并夺去生命。无论它们袭击的是中西部、加利福尼亚、瑞士、印度还是中国，一些感受到震动的人都在问：我们能控制这些震动吗？还是破坏性地震是未来不可避免的特征？

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我们第一次意识到人为地震的问题是在 20 世纪初，当时人为地震开始袭击南非金矿和欧洲煤矿周围的地区。当矿井上方的岩石下陷时，重力能量的释放会引发地震。

直到 20 世纪 30 年代，美国人才注意到我们自己的土地下存在人为地震。当工程师在胡佛大坝后面建造米德湖时，突然涌入的 120 亿吨水似乎引发了亚利桑那州和内华达州边界数百次小地震。

“这是一个‘顿悟时刻’，是科学界的一个重要基准，”美国地质调查局名誉地震学家、斯坦福大学地球物理学教授比尔·埃尔斯沃思说。从那时起，水库就与世界各地的毁灭性地震有关：1967 年印度科伊纳水坝附近发生的 6.3 级地震造成 200 人死亡，这显然与水库有关；2008 年四川大地震也与水库有关，这场 7.9 级大地震摧毁了中国的学校和医院，造成 8 万多人死亡或失踪。自然灾害研究员克里斯蒂安·克洛斯将紫坪铺水库的水位与地震频率联系起来，他说，四川地震发生在距离紫坪铺水库不到 6 英里的地方。

俄克拉荷马州最不祥的前兆出现在 20 世纪 60 年代，当时一系列地震袭击了通常平静的丹佛地区。1962 年的两个特别热闹的日子里，地震震碎了窗户、石膏开裂，电源插座被电线挂住。“孩子们吓得哭了起来，”来自该市北部小镇杜邦的一份联邦实地报告写道。

科学家将这次地震的上升趋势追溯到落基山兵工厂，这是一处生产化学武器和火箭燃料的军事设施。在地震开始前几周，该兵工厂开始向 2 英里深的结晶基岩中注入废水。在 1966 年停止注入废水后，地震花了一年时间才停止：1967 年，一场 5.3 级的地震震落了烟囱上的砖块，造成了超过 100 万美元的损失。

一位名叫戴维·埃文斯 (David Evans) 的地质学家发现，向军火库注入的液体量与地震次数之间存在关联，并提出了因果关系。（为了证明润滑的岩石如何滑动，埃文斯据说进行了“库尔斯实验”：他在啤酒罐底部打孔，然后展示渗出的液体如何减缓其从斜坡上滑落。）陆军对埃文斯的假设提出异议，但他的说法得到了美国地质调查局研究人员的证实，他们不久后通过有条不紊地向科罗拉多州的兰格利油田注入液体，引发了地震。

从那时起，科学家在记录地震活动变化方面变得更加老练。在距离兰奇利以南约 200 英里的科罗拉多州帕拉多克斯谷，美国垦务局一直在向深层石灰岩层注入咸水，以防止其污染河流。“有人有先见之明，说‘在开始注入之前，让我们看看那里有什么样的地震活动’，”该局地球物理学家丽莎·布洛克说。六年的基线数据显示几乎没有自然活动。相比之下，自 1991 年开始地下处置以来，该机构已记录了 6,200 次地震，其中大多数都是小地震。

当俄克拉荷马州开始加大废水注入力度时（目前每年超过 10 亿桶），人类可以通过将液体注入地下来诱发地震的想法已经广为人知。然而，当这一地质原理被证实时，俄克拉荷马州的居民还是措手不及。

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震动加剧

十年前，北美这片地区每年仅发生 14 次地震。2014 年，该地区共发生 650 次地震，其中大部分发生在废水注入井附近。

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2011 年 11 月的一个晚上，托德·哈利汉 (Todd Halihan) 站在斯蒂尔沃特家中的走廊里，突然发现玻璃杯开始发出嘎嘎声。大楼摇晃时，这位水文地球物理学家突然想到了自己正在睡觉的 6 岁孩子。“我应该把我的孩子从床上抱起来，然后跑出房子吗？”他回忆道。“我应该把他藏到桌子底下吗？”

哈利汉感受到了 5.7 级地震的影响——事实证明，这是俄克拉荷马州最大的地震。地震中心位于布拉格附近（与“模糊”押韵），距离近 50 英里，地震导致一条高速公路弯曲，14 栋房屋被毁。在一个客厅里，壁炉和烟囱里的石头砸中了一位正在看电视的妇女。地震还摧毁了附近肖尼市圣格雷戈里大学的一座历史悠久的塔楼。俄克拉荷马大学、哥伦比亚大学和美国地质调查局的团队确定了震源：断层破裂，始于距活跃注入井约 650 英尺的地方。

“从那时起，越来越多的人开始关注这一问题，”今年夏天之前担任俄克拉荷马州地震学家的奥斯汀·霍兰德 (Austin Holland) 说。

石油和天然气行业可能引发这些地震，这一话题对企业和玛丽·法林州长的政府来说都是敏感话题。一项研究表明，自 2010 年以来，该行业创造了俄克拉荷马州四分之一的新就业岗位。EnergyWire 新闻服务获得的电子邮件描绘了这样一幅画面：用法林幕僚长丹尼斯·诺斯鲁普的话来说，政府试图“让这种事情消失”。布拉格地震发生后不久，法林的助手联系了石油和天然气生产商 Devon Energy，并获得了与选民讨论的要点。其中包括：“目前没有证据表明石油和天然气业务与俄克拉荷马州最近的大地震有任何关系。”2013 年，当法林在全国州长协会关于页岩能源开发的论坛上发表演讲时，她删除了对地下注入井的提及。“我们还有其他问题想要强调，”去年 11 月之前担任法林通讯主管的亚历克斯·温茨说。

温茨说，法林的个人观点总是比戴文能源的论点更微妙，即使她的员工也引用了这些论点。他说，她自己不愿将责任归咎于垃圾处理井，这反映了她 2011 年上任时的研究状况。“那只是地震活动激增的开始，”他说。“从那时起，科学就不断发展。”

即使是隶属于大学的州立机构俄克拉荷马州地质调查局也迟迟没有承认垃圾处理井与地震有关。该局在 2013 年的一份声明中指出，布拉格地震似乎是“自然原因”造成的。曾在该调查局工作的霍兰德说：“石油和天然气是一个非常重要的行业，因此……一些公开声明中有很多措辞不当。”

随着科学家深入研究数据，人们达成共识，认为液体注入确实是地震活动激增的原因。就连法林也改变了看法。“我们现在都知道，俄克拉荷马州地震的增多与处置井有直接关系，”她在 8 月政府地震活动协调委员会会议上表示。

事实上，新研究表明，地震现在对石油和天然气行业本身构成了风险。世界上最大的原油储存设施位于俄克拉荷马州库欣，就在最近因注入而激活的断层上方。持续注入可能会引发 5.7 级地震，足以破坏油罐和管道。

问题并不仅限于俄克拉荷马州边境；人为地震也袭击了其他中部州。2011 年新年前夕，俄亥俄州扬斯敦发生 4.0 级地震，震动了建筑物，并导致一口被认为是罪魁祸首的垃圾处理井关闭。废物注入也与阿肯色州、科罗拉多州、堪萨斯州、新墨西哥州和德克萨斯州的地震有关。

“石油和天然气是一个非常重要的行业，因此……一些公开声明中存在很多措辞上的修饰。”

如果同样的地震发生在海外，可能会造成更大的破坏。美国地质调查局地震学家埃尔斯沃斯说：“主要在美国率先采用的技术——从致密页岩中开采天然气和从非常规油藏中开采石油——有可能在世界各地应用。许多国家会发现生产自己的资源是不可抗拒的。不幸的是，在许多这些国家，建筑标准与美国不同，发生严重破坏和人员伤亡的可能性非常高。”

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随着我们不断将地球作为储存废物的仓库，以及可利用的资源，我们正在创建一个全球能源系统，这可能会增加小型和大型地震的风险。工程师需要权衡每一种资源，看看它能提供多少电力，它有多环保，以及它会带来什么类型的地震风险。

在某些情况下，我们为减轻对环境的影响而设计的技术可能会产生巨大的影响。在伊利诺伊州迪凯特的一个试点项目中，从乙醇工厂捕获的二氧化碳以液态形式被注入近 7,000 英尺深的砂岩地层中。目标是通过阻止温室气体进入大气来减缓气候变化（“清洁煤”支持者也提出了这一策略）。

到目前为止，碳注入只引起了轻微的震动，微弱到无法察觉。但斯坦福大学地球物理学家马克·佐巴克和水文地质学家史蒂文·戈雷利克认为，地下碳储存要想造福气候，就必须“大规模”进行——这可能会引发更多的地震，因此可能会因为将碳排放到大气中而违背其本身的目的。他们在 2012 年的一篇期刊文章中写道：“即使是小到中等的地震也会威胁到二氧化碳储存库的密封完整性。”因此，他们得出结论，碳注入将是减少温室气体的“一种极其昂贵和危险的策略”。

参与伊利诺伊州项目的美国地质调查局地球物理学家奥勒·凯文 (Ole Kaven) 表示，如果研究人员能够使用精密仪器绘制断层、裂缝和流体通道，他们就可以减少危险，尽管不能完全消除。“如果考虑到温室气体排放的成本，以及二氧化碳封存对减少一些长期影响的影响，这种讨论就会改变，”他说。“其中一些风险可能是可以容忍的。”

这是个关键点：一项技术可能会引发地震，但不使用它又会有什么危害呢？以地热发电为例，这是一种可靠且未得到充分利用的电力来源，对环境的破坏很小。劳伦斯伯克利国家实验室和桑迪亚国家实验室的地球物理学家欧内斯特·马杰说：“如果我们能够利用地球上所有的热量，我们就不需要任何其他东西了。”

这对瑞士巴塞尔来说并不是一件好事。2006 年 12 月，深热采矿项目的运营商开始向城市下方的天然热花岗岩中注入冷水。接下来的一周，一场 3.4 级的地震震得窗户摇晃，石膏开裂。注入工作被迫停止。政府的一项研究预测，如果恢复生产，发生人为地震的可能性为 15%，造成超过 5 亿美元的损失。2009 年，该项目被彻底取消。

农村地区仍在继续进行地热开采，最引人注目的是加州湾区北部的盖瑟斯，当地居民经常遭受轻微地震破坏。“有时感觉就像一辆大卡车撞上了房子，”当地地震监测咨询委员会成员杰夫·戈斯佩说。邻居们报告说，窗户破裂，挡土墙压坏了一辆货车。

Majer 认为，与地热田生产清洁能源的潜力相比，地热田造成的危害微不足道。（他说，仅 Geysers 就足以为整个旧金山供电。）“没有零风险这回事，”Majer 说。“开车去杂货店是有风险的。每个人早上起床时都会有风险。”他说，将其与碳排放的成本进行比较：“如果你开始考虑健康影响、气候影响——所有来自化石燃料经济的恶劣影响——那么，也许我们最好做点别的事情。将碳排放到地下引起的地震，与地热有关的地震：与我们面临的所有其他风险相比，这些都是微不足道的事情。”

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假设我们不会停止能源生产，科学家现在面临一个更为复杂的问题：是否有可能将危害降至最低。

20 世纪 60 年代和 70 年代，科罗拉多州兰格利油田的实验表明，我们可以通过改变注入液体的压力来控制诱发地震，科学家们对此充满了希望。他们认为，这不仅可以减少人为地震造成的破坏，而且也许可以控制自然地震。美国地质调查局的科学家建议，与其等待下一次桥梁倒塌袭击加利福尼亚，不如沿着圣安德烈亚斯断层钻井，注入水，并通过一系列小型无害地震释放累积的压力。

这个想法从未得到实施。不仅需要数千次小地震才能抵消一次大地震，而且风险太大。旧金山 1906 年发生的致命地震已经过去了一个多世纪，这意味着这座城市正处于高应力岩石上。俄克拉荷马州的哈利汉说，向地下注水，“你可能不会释放 10 万次小地震。但可能会释放一次大地震。”他说，即使实验确实在当地起作用，“你也可能触发断层的下一段。这是三维的，很复杂：‘嘿，我们没有引发旧金山的地震。’‘好吧，你只是摧毁了洛杉矶。’‘对不起。’”

如今，没有人会谈论在俄克拉荷马州引发微震以避免下一次布拉格地震。但科学家们正在讨论更温和的地震管理方法。

“工具箱正在不断扩大，”现在在新墨西哥州为美国地质调查局工作的奥斯汀·霍兰德说。它包括避开已知断层、减少注入岩石的流体量和速率、在较浅的深度注入、改善监测，以及在无法阻止地震活动的情况下准备完全放弃油井。去年，负责监管该行业的俄克拉荷马州公司委员会下令减少一些油井的产量，以及“封堵”以限制一些废水注入的深度。该州于 2013 年设立的“交通灯”系统允许监管机构根据地震活动缩减或停止钻探。

尽管如此，截至本文发稿时，俄克拉荷马州北部在 24 小时内发生了 8 次 3 级和 4 级地震。我们对地下发生的事情还有很多不了解的地方——这种知识差距阻碍了我们管理自己造成的地震。

“可能最大的未知数是地球深处的特性和过程，这些东西很难直接测量，”霍兰德说。“压力是如何传递的？断层是起到密封作用还是管道作用？地球深处的实际应力状态是什么？这就是科学必须投入大量精力和资源的地方。”

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回到斯蒂尔沃特，托德·哈利汉理解双方的立场。他希望自己的学生毕业后能在能源行业找到工作。但他也不想下次地震发生时还要去潜水救儿子。

他说：“我们将做出一些决定，但这些决定都不会非常简单或令人愉快。”理想情况下，这意味着要冷静地讨论石油和天然气生产的价值以及地震的威胁——如何平衡这些相互冲突的担忧以及我们愿意容忍多少不确定性。

然而，当地面震动时，要进行对话并不容易。双方都退缩到角落里。一些行业和政治领导人拒绝承认新兴科学。一些地震区居民感到被忽视和火力不足，于是拿出他们唯一的武器：言辞。对话变得两极分化，而不是以解决问题为导向。

哈利汉说，技术往往会带来危害。“泰坦尼克号就是一个很好的例子，”他说。“我们开发大型船舶，结果却把它们沉没了。我们开发飞机，结果却把它们撞毁了。”解决意想不到的后果并不一定意味着放弃创新。也不意味着假装后果不存在。

地震就像上瘾一样，第一步是承认我们有一个无法完全控制的问题。哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的地震地质学家莱昂纳多·西伯说：“政府和这些公司应该坦率面对现实。你想开车，需要汽油。为了生产汽油，你必须打井。你必须在这里抽油，在那里抽油。当你这样做的时候，”他说，“你就改变了地下的压力。有时可能会发生我们无法预测的地震。可能会有后果。但我们都身处其中。”

本文最初发表于《大众科学》杂志 2016 年 1 月/2 月刊，标题为“地震国家”

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