为实现巴黎协定之限定气温增长低于2 °C，乃至不超过1.5 °C的理想目标， 我们需要在2050年前达到近零排放。该目标只有在多措并举的情况下才能得以实现。在这些必要的举措中，国际能源署建议：地下可以贡献2030%的二氧化碳减排总量。这一贡献主要来源于地质碳封存，但同时也来源于地热能以及地下能源储存。后者是特别重要的，因为可再生能源并不能总是生产足够的能源以满足人们的需求。因此，我们需要在产能过剩时储存能源，产能不足时再利用这些被储存的能源。由于电池没有足够的容量，以氢能、压缩空气储能(CAES)以及含水层热能存储(ATES)的能源储存方式对于有效存储能源将扮演重要角色。
这些地质能源的负面问题在于当我们向地下注入或抽取流体时，人为地改变了地层的孔隙压力、温度、应力状态以及地质化学成分，而这有可能导致裂纹或断层失稳，进而诱发地震活动。可能产生诱发地震并可从本项目的突然中获益的主要地质能源应用案例包括如下几类。在此，我们罗列这些案例的同时也指出了其对环境、动物、植物等造成的潜在伤害。
地热能
这是一种不随时间、季节性波动的可再生能源，且全世界范围内可用。地热能项目通常在同一地质岩层中进行抽、注水操作，通过将抽取的水再次回注到地层中形成一个封闭的循环。因此，如果系统不发生泄漏，它应该不会对环境和动、植物产生任何伤害。循环流体一般是水，但由于地下岩层的高温强化了矿物的溶解导致水中含有高浓度的溶解离子。然而，在近地表处的抽水井中，压力和温度下降致使这些高浓度的溶解离子形成矿物沉淀，进而导致井筒收缩（Wanner et al., 2017）。该问题突出了在操作方面上作为循环水的地质化学组分的重要性，使我们意识到要采取及时的措施来阻止循环流体沿着管道泄漏到环境中。可选择地，已有研究建议利用二氧化碳（CO₂）替代水作为工作媒介进行地热开采（Brown, 2000; Randolph and Saar, 2011）。在这种情形下，抽取的CO₂被再次回注到地下，因此除非泄漏，将不存在灾害。如果发生CO₂泄漏，它不会对环境产生影响，因为大气中本就含有CO₂。但是，如果泄漏的CO₂聚集于洼地或建筑物的地下室中，它对于人和动物将形成至命的危险，会使其因缺氧而窒息。因此，我们应该在沿着管道的地面附近安装CO₂探测器以监测任何可能的CO₂泄漏并立即采取行动加以制止。
地质碳封存
该应用案例旨在将大量的CO₂永久地封存于地下深部的地质岩层中以缓解气候变化。如果封存是成功的，CO₂将永久地埋藏于地下深部。然而，少量被注入的CO₂沿着注入井、断层甚至是穿过盖层发生泄漏的风险是存在的。沿着注入井的泄漏可通过在井口处对CO₂浓度的常规监测进行探测。例如，在阿尔及利亚In Salah CO₂封存先导项目中，一次发生于井口的CO₂泄漏事件立即便便被补救了（Ringrose et al., 2009）。另一方面，CO₂穿越盖层或沿断层泄漏有可能导致扩散性的泄漏，它将很难被探测到并补救。此外，CO₂并不需要泄漏至地表便可对环境产生伤害，一旦其进入到淡水含水层中，造成水质酸化及重金属释放便有可能污染可饮用的水资源（Wang and Jaffe, 2004）。由于盖层岩石的高突破压，CO₂一般不会穿越盖层。因此，CO₂穿越盖层泄漏的可能性是非常小的，尤其是当盖层比较厚或是存在多层的沉积盆地时（(Birkholzer et al., 2009)）。目前，一个更活跃的争论是关于诱发地震通过强化断层渗透性而导致CO₂泄漏的可能性的探讨（Zoback and Gorelick, 2012a, 2012b, 2015; Juanes et al., 2012; Vilarrasa and Carrera, 2015a, 2015b）。由于基底结晶岩层处于应力临界状态，但作为目标储层的沉积岩层并非如此，这导致诱发地震最有可能在封存地层下部的基底结晶岩层中产生结核（Vilarrasa and Carrera, 2015），因此，断层的渗透性增加只会发生在封存地层以下而非其上部（Verdon, 2014）。此外，沉积盆地中的断层是高度非均质的，因其穿越了多个含水层-盖层组合序列。因此，即便CO₂到达了断层，这种非均质特性将阻止其向上迁移（Rinaldi et al., 2014）。再者，为促进对CO₂泄漏的探测及其补救，必需实施监测并对监测数据进行解释（Zeidouni and Pooladi-Darvish, 2012）。
压缩空气储能
该地质能源应用案例由两个方面组成：其一是当由可再生资源生产的能源过剩时，将处于高压状态的空气注入到含水层中；其二是当能源需求高于可再生资源的产能时，抽取之前注入在地下的高压空气并还原成能源。由于注入流体是空气，该应用不会对环境、动、植物等产生灾害。然而，注入过空气的含水层，其中的水将不再不有任何利用潜力，因为注入空气中的氧气可以改变含水层的地质化学特征。
天然气存储
由于为保证在高需求时期的天然气供应这一战略性原因，地下天然气存储（UGS）已成为惯例操作。当对天然气需求较少时，通常为夏季，它被存储起来。当需求达到顶峰时期，它再被开采。在UGS案例中，诱发地震的风险是很小的，因为除了例外 （例如 Castor 案例），全世界640个UGS场地中还没有导致过有感地震活动。然而，由于甲烷是易燃的，我们应该把焦点放在避免其任何可能的泄漏问题上。
由于诱发地震通常与水力压裂相关，下面简单解释下这类地质工程应用。
水力压裂技术
水力压力是指注入一种高压力状态下的流体以使岩石产生破裂。这种高压力状态是指岩石受到的最小有效应力等于其抗张拉强度，于是形成了一种垂直于最小有效应力的张性裂纹。因此，水力压裂常被用来改善低渗透岩石的渗透性。在地热能中，它可以用于试井刺激，但是其最著名的应用案例是页岩气开采。注入流体通常是水，但是也有 研究提出使用CO₂（Middleton et al., 2015）。在页岩气工业中，为提高压裂操作的表现，通常会在水中添加附加剂，这对于环境而言可能是有危害的。除了附加剂的问题外，当注入水与经过水力压裂后的页岩中的放射性元素接触后，水力压裂操作后的回流液体中带有放射性的物质。因此，水力压裂操作后的回流必须加以特别关注进行管理。关于诱发地震，水力压裂导致的低量级的微震事件不会被身处地表的人们所感知。只有在极少的案例中，当产生的水力裂纹与断层交叉并增加了断层处的孔压时，将引起断层重激活，进而在地表产生有感地震。但是，总的来说，可感知的地震活动不是由水力压裂直接诱发的。应该强调的是与回流液体中化学成分相关的环境风险和诱发地震的风险是完全不同的。确实，即便水力压裂中与诱发地震相关的风险很低，但涉及该操作的环境风险应该根据具体场地进行具体评估以决定此类工程的可行性。
参考文献
Birkholzer, J. T., Zhou, Q., & Tsang, C. F. (2009). Large-scale impact of CO₂ storage in deep saline aquifers: A sensitivity study on pressure response in stratified systems. International Journal of Greenhouse Gas Control, 3(2), 181-194.
Brown, D. W. (2000). A hot dry rock geothermal energy concept utilizing supercritical CO₂ instead of water. In Proceedings of the twenty-fifth workshop on geothermal reservoir engineering, Stanford University (pp. 233-238).
Juanes, R., Hager, B. H., & Herzog, H. J. (2012). No geologic evidence that seismicity causes fault leakage that would render large-scale carbon capture and storage unsuccessful. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109(52), E3623-E3623.
Middleton, R. S., Carey, J. W., Currier, R. P., Hyman, J. D., Kang, Q., Karra, S., Jimenez-Martinez, J., Porter, M. L., & Viswanathan, H. S. (2015). Shale gas and non-aqueous fracturing fluids: Opportunities and challenges for supercritical CO₂. Applied Energy, 147, 500-509.
Randolph, J. B., & Saar, M. O. (2011). Combining geothermal energy capture with geologic carbon dioxide sequestration. Geophysical Research Letters, 38(10), L10401.
Rinaldi, A. P., Jeanne, P., Rutqvist, J., Cappa, F., & Guglielmi, Y. (2014). Effects of fault‐zone architecture on earthquake magnitude and gas leakage related to CO₂ injection in a multi‐layered sedimentary system. Greenhouse Gases: Science and Technology, 4(1), 99-120.
Ringrose, P., Atbi, M., Mason, D., Espinassous, M., Myhrer, Ø., Iding, M., Mathieson, A., & Wright, I. (2009). Plume development around well KB-502 at the In Salah CO₂ storage site. First Break, 27(1).
Verdon, J. P. (2014). Significance for secure CO₂ storage of earthquakes induced by fluid injection. Environmental Research Letters, 9(6), 064022.
Vilarrasa, V., & Carrera, J. (2015a). Geologic carbon storage is unlikely to trigger large earthquakes and reactivate faults through which CO₂ could leak. Proceedings of the National Academy of Sciences, 201413284.
Vilarrasa, V., & Carrera, J. (2015b). Reply to Zoback and Gorelick: Geologic carbon storage remains a safe strategy to significantly reduce CO₂ emissions. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(33), E4511-E4511.
Wang, S., & Jaffe, P. R. (2004). Dissolution of a mineral phase in potable aquifers due to CO₂ releases from deep formations; effect of dissolution kinetics. Energy Conversion and Management, 45(18-19), 2833-2848.
Wanner, C., Eichinger, F., Jahrfeld, T., & Diamond, L. W. (2017). Causes of abundant calcite scaling in geothermal wells in the Bavarian Molasse Basin, Southern Germany. Geothermics, 70, 324-338.
Zeidouni, M., & Pooladi-Darvish, M. (2012). Leakage characterization through above-zone pressure monitoring: 2—Design considerations with application to CO₂ storage in saline aquifers. Journal of Petroleum Science and Engineering, 98, 69-82.
Zoback, M. D., & Gorelick, S. M. (2012a). Earthquake triggering and large-scale geologic storage of carbon dioxide. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109(26), 10164-10168.
Zoback, M. D., & Gorelick, S. M. (2012b). Reply to Juanes et al.: Evidence that earthquake triggering could render long-term carbon storage unsuccessful in many regions. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109(52), E3624-E3624.
Zoback, M. D., & Gorelick, S. M. (2015). To prevent earthquake triggering, pressure changes due to CO₂ injection need to be limited. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(33), E4510-E4510.