回補枯竭的地下水可能誘發小型地震 | 深度報道

原文發表于 《科技導報》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測臺站能夠捕捉到為波托馬克含水層回灌補水可能誘發的微小震動（圖片來源：

Science

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百米，穿透淤泥和沙層。2026年，漢普頓路衛生區（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同類最大規模。

美國多地正規劃或實施類似項目，旨在為長期過度抽取含水層的家庭、企業和農場維持供水。但這些項目可能帶來意外副作用：地震。弗吉尼亞理工大學地質科學家Ryan Pollyea領導與弗吉尼亞注入項目相關的“明日可持續水倡議”（sustainable water initiative for tomorrow）研究，他表示：“只要大規模深層注入液體，誘發地震始終是隱患。”

含水層提供美國約1/2淡水。過度抽取導致儲量下降，上覆土地沉降，沿海地區還出現咸水入侵。HRSD水文地質學家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。

加州橙縣水區回注規劃經理Adam Hutchinson介紹，該區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70年代，橙縣加速進程：將污水處理廠凈化至飲用標準的廢水直接注入枯竭含水層。Hutchinson表示，這些項目恢復含水層壓力，阻擋太平洋咸水入侵，同時允許橙縣農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，減輕巖石負荷。這降低正常夾緊斷層的應力，導致滑動——引發地震。

意大利國家地球物理與火山學研究所大地測量學家Nicola D’Agostino表示：“當地殼處于臨界狀態時，只需應力系統極小變化就能觸發地震。”此類地震可能數月或數年才顯現，且出現在注入點數十公里外。即使停止注入，多年震顫已“蓄勢待發”。意大利國家海洋與應用地球物理研究所地震學家Pier Luigi Bragato表示：“這不是簡單開關問題。”

目前尚未報告含水層回注相關地震，但油氣行業誘發地震屢見不鮮——壓裂廢水注入與含水層無關深層巖石。得克薩斯大學奧斯汀分校經濟地質局地質學家Katie Smye表示，在俄克拉荷馬和得州，這些“天文數字”體積廢水可引發每日地震。大多數震級太小不易察覺，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級地震導致醫院大樓疏散。

2019年，HRSD找到此前研究油氣誘發地震的Pollyea，評估其計劃地震風險。其團隊在規劃注入點周圍布設5個地震臺站，建立區域背景震動基線。同時構建含水層及其他地下層地質模型，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團隊測試擬注入速率最高達每井近1000萬L/d——比計劃高50%。他們6月論文報告：最高速率產生孔隙壓力僅為汽車輪胎壓力的1/6，但仍足以誘發地震。11月，他們為弗吉尼亞項目帶來更安心消息：波托馬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委員會地下注入控制政策主任Lorrie Council表示，數據中心耗水巨大，用于冷卻驅動人工智能的計算機，加州和弗吉尼亞等地區含水層回注需求或將增長。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：“想象一下，突然在以往極少地震的地方出現震動。”即使小震，人們也會察覺，因為此處的基礎設施或未設計抗震。弗吉尼亞理工大學地質研究生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“我們無法控制地球對我們干擾的響應，一旦開始干擾地殼，就應謹慎。”

文 / Hannah Richter

（譯自

Science

《科技導報》創刊于1980年，中國科協學術會刊，主要刊登科學前沿和技術熱點領域突破性的研究成果、權威性的科學評論、引領性的高端綜述，發表促進經濟社會發展、完善科技管理、優化科研環境、培育科學文化、促進科技創新和科技成果轉化的決策咨詢建議。常設欄目有院士卷首語、科技新聞、科技評論、本刊專稿、特色專題、研究論文、政策建議、科技人文等。