二氧化碳封存运作可能面临着一个潜在的风险,即二氧化碳的注入和封存活动可能会诱发地震。诱发地震现象早已经属于一个科学界研究的课题对象。在现代社会,一些人类活动,包括建设充满大量地表水的水库、大量开采或者抽取地下自然资源的(例如矿产、地热和碳氢资源)、废弃物的注入、地下核爆炸和大规模的建造项目,都可能诱发地震。本文通过考察有关物质注入活动诱发地震的情况以及对二氧化碳封存诱发地震的科学理论两个方面,来阐释二氧化碳封存诱发地震侵权责任形态存在的可能性。
因地下物质注入诱发地震的现象,在美国,首次被观察是在二十世纪六十年代的克罗拉多州Denver地区。当时,在Denver地区的某化学制造厂将其产生的废水注入一个深层处理井中,废水注入活动自 1962 年 5 月至 1963 年 9 月以每月 2100 万升的频率不间断的持续注入,在 1963 年 10月到 1964 年 8 月期间停止注入,后来自 1965 年 3 月又重新以每月 1700万升的频率向处理井中注入废水。
在这个化学制造厂进行废水注入活动的同时,在Denver地区的两个地震站开始记录地震。然而,历史记录搜索发现没有证据说明在 1962 年前的地震在本质上与 1962 年后发生的地震的相似性。不过,在 1965 年地质学家David Evans展示了在此地区的注入活动与Denver地区地震活动的相关性。
由于周围邻近民众对废水注入诱发地震的关注和担心,此化学制造厂的废物注入活动最终于 1966 年 2 月停止。但是,废水注入活动在 1966年终止后,在 1967 年Denver地区的地震仍有发生,尽管大多数发生地震的级别都较低,但是仍有三个相对较大的地震记录:1967 年 3 月 10 日(5.0 级),1967 年 8 月 9 日(5.25-5.5 级),1967 年 11 月(5.1 级)。至二十世纪七十年代中期,Denver地区的地震活动几乎完全停止。
为了弄清楚大量废水注入与Denver地区地震发生频率的关系,美国地质勘探局(U.S Geological Survey,简称“USGS”)组成科学考察组,决定利用增加和降低水流注入对地下压力的周期性的手段做实地实验,以检验Denver地区地震发生的频率是否与大量废水的注入有关。科学考察组通过密集使用一系列地震仪来确定诱发地震的位置和特征,并利用水力破碎方法(高压水注入诱发岩石破裂,也称为水力压裂法)检验和测量注入深度岩层中的压力。另一个实验则是用来检测被注入水流的地质岩石所承受的压力强度。 克罗拉多州的Rangely油田被作为实地实验的地点,这是因为自 1962 年以来,在Rangely油田所在地区发生地震的记录较为完整,这些记录可以用来比较实验中得到的地震发生的频率,如果实验期间得到的地震发生频率的数据与 1962 年以来的地震记录差别很小,则可以认为大量废水的地下注入与Denver地区发生的地震没有直接关系;反之,如果实验期间得到的数据明显超过历史记录,则可以认为二者存在关联性。
美国地质勘探局(“USGS”)的科学家们假定一个空隙的压力在大约260 巴(bars,压强单位)时将足以在Rangely引发地震活动。他们的假定被实地实验的结果证实,实验结果表明地震活动与至少 275 巴的地质构造压强有关。实验结果也表明是否诱发地震可以通过高于和低于大约260 巴值的压力得以控制。 Rangely的实地实验得出的结论是被广泛认可的,即通过在地震活动地带改变流体的压力可以改变地震活动的发生。
对于二氧化碳封存而言,与在Rangely油田所做的实地实验相关的问题是,尽管注入流体压强改变了,但是大多数所引发的地震在本质上是微型的,大型的地震也只有 3.1 震级。自Rangely实验时,除所加压的水之外二氧化碳被注入地质构造中,是为了提升石油回采率的目的。但是,至今还没有在Rangely与二氧化碳注入活动相关的地震活动的报告。不过,Sminchak和Gupta两位学者的研究成果阐释了来自二氧化碳封存可能导致引发地震的潜在情形:
首先,由于超临界的二氧化碳比水的密度小,二氧化碳通过“密度驱动压力加载”( density-driven stress loading)存在引发地震的潜在风险。这是因为二氧化碳向上移动的力量所产生的施加于上覆岩盖的压力反过来转化为对上覆岩石断层的压力。这方面的专家Sminchak和Gupta指出“密度驱动压力加载”可以通过“溶解性俘获机制”( solubility trapping mechanisms)予以限制,例如大多数流体会随着时间的经过而混合并溶解在地质构造水体中。
其次,二氧化碳封存地质构造中矿物沉淀处的断层存在诱发地震的可能。处于临界状态的二氧化碳可能溶解、变弱或者转化为矿物而构成封存构造层的岩石基体的一部分,二氧化碳构成岩石基体的化学反应可能导致地质构造中矿物的沉淀,从而造成构造地质的多孔性和渗透性,当内部的压力增强,从而可能导致从断层或者断裂处发生地震活动。
第三,诱发型地震还可能由于“水压破碎”的原因而发生。当二氧化碳以非常高的压力注入地下时,为了维持二氧化碳的超临界状态,它的注入压力可能会超过岩石的强度,从而导致岩石破碎。由于超临界状态的二氧化碳存在使地质构造中岩石基体变脆变弱的潜在风险,水压破碎的可能性会高于其他别的注入物对构造矿物所产生的压力效果。 Sminchak和Gupta指出,受到监控的“水压破碎”现象发生地震活动的可能性较小,但是那些无法监控的“水压破碎”现象应当引起关注。
学者Cypser和Davis研究发现,美国“至今在司法中还没有发现任何关于支持诱发地震侵权责任诉讼的判例”。 这可能是由于,以一个特定注入活动作为诱发地震原因而构成侵权责任的证明存在困难造成的。由于诱发的地震很可能发生在那些已经存在地震活动的地区,如果这个地区已经因为它的地震活动频繁而著名的话(例如加利福尼亚),一个潜在的原告可能对已经存在地震活动的地区就特定的流体抽取或者注入活动所引发地震的原因提供证明,将是更加困难的。
迄今为止,在美国大多数包含着诱发地震侵权责任的案例,如核爆炸试验、大型水坝和注入井的建设,这些案例都没有支持因诱发地震构成侵权责任而获得损害赔偿。 其中,在北加利福尼亚一个由“间歇喷泉”(Geysers Geothermal)地热电厂附近的居民提起的法律诉讼,可能成为美国有史以来因诱发地震构成侵权责任的首例诉讼。 “间歇喷泉”是一个750 百万瓦特容量的地热电力工厂,这个地热电厂于 1960 年开始运转,这个地区的地震活动至少从 1969 年开始记录和报告。这些记录和科学研究报告显示该地区的地震活动大多数属于震级很低的,但是也已经有几次震级在 3.0 或者震级更大一点的地震发生。 在 1997 年,废水开始注入到地下地热通道中以维持地热流的不断涌出。自废水注入开始后,当地社区的居民就声称那个地区的地震就大幅度的发生。 Platt报告中说明平均每年有 18 次明显超过 3.0 震级的地震发生,并且在 2003 年至2004 年间,每隔十个月就会有震级超过 4.0 的地震发生。作为诱发地震的原因,当地两个社区组织在向Calpine公司和北加利福尼亚电力机构(这两个是间歇喷泉地热电厂的主要所有者或运作者)寻求侵权损害赔偿。 社区的一位成员报告称他认为这个地区应当接收每年 50 万美元的地热利用税组建一个基金以帮助房屋所有者修复他们的财产。然而,一份由Calpine、北加利福尼亚电力机构、美国地质勘探局和LawrenceBerkeley国家实验室共同完成的研究报告声称,在Geysers地区没有非正常或异常的地震活动,而且声称地震活动与废水注入没有关系。最终,这个诱发地震侵权责任诉讼没有获得法院的支持。
因为流体注入而诱发地震是一个得到科学研究支持的现象。来自以上Rocky Mountain Arsenal和Rangely两个地区的实践经验也在一定程度上证明,流体注入造成地质构造内压力的变化可以诱发地震活动。关于二氧化碳封存,诱发型地震不但可以通过典型的机制,如“密度驱动压力加载”和“水压破碎”而引发,而且由于二氧化碳注入物本身的酸性特征可能导致周围岩石基体破碎而引发地震。即使对于二氧化碳封存可能诱发地震的科学依据是可以理解的,但是将这种现象作为侵权责任的归责原因,例如将其作为法律诉讼中的过失或者严格责任的基础,现在还没有关于流体注入诱发地震责任的判例报告和记载,也就是说目前还缺乏司法依据和司法经验。与典型的严格责任这种归责的简化体系相比,严格责任对于因爆炸、振动所导致的责任有许多案例可以遵循,诱发地震可以被看作与这些现象类似的情形,似乎可以适用严格责任,但是由于目前还没有针对诱发地震归责判例或报告的可依借鉴,因而这还只是一种法律推测或者说是一种类推适用。诱发地震侵权责任判例缺失的原因可能有两个:
第一个潜在的原因,可能是在侵权责任诉讼中证明可预见性方面存在困难。可预见性是侵权责任过失诉讼中必须具备的要素,因为对一个特定的地下注入的活动所引发的特定地震事件的频率和震级的预测是一件困难的事情,因此这就存在法律上阐释的困境。
第二个潜在的原因,是在证明或者揭示因果关系方面存在困难。法律上的因果关系是侵权责任诉讼中必须证明的要素和条件之一。侵权法上的因果关系一般适用“如果无……,则……”(but for)规则,它的基本含义是,即使发生了损害,如果不存在操作者的行为,或者损害的发生与操作者的行为没有关系,则认为操作者的行为并不是损害发生的因果关系(相当因果关系),或者说操作者的行为与损害之间不存在法律上的因果关系。地下流体注入活动可能会将本不会发生的地震引发了,正如Rocky Mountain Arsenal的事例中展示的那样;或者可能会将一个将来发生的地震事件转移到现在或者目前发生了。但是,即使从科学上可以解释地下注入可以导致诱发地震活动的可能性,但是在证明侵权责任存在或者成立时却需要更为充分的法律理由和法律上的依据。
未来在因碳封存诱发地震侵权责任的诉讼中,同样将面临着以上两个方面的困难或者障碍。