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科研進展

碳封存場地誘發地震風險的交通信號燈指示評估方法研究獲進展

發表日期:2019-10-08來源:武漢巖土力學研究所放大 縮小

  二氧化碳地質封存過程中,超臨界流體的地層注入顯著降低封存場地的有效應力,引起的超壓可能影響場地內部斷層的穩定性,進而誘發斷層活化或地震活動。根據儲層內誘發地震的時空分布及規模,結合其形成過程中的流體—巖石相互作用將誘發地震分為三類:(1)儲層內部局部孔隙水壓力的上升導致有效應力降低,產生裂隙,此類地震震級多小于3級。(2)儲層內部抽水引起孔隙水壓力降低,并在多孔彈性介質中傳遞至周圍區域,在數公里范圍內的儲層上部或下部誘發地震,此類地震震級多小于5級。(3)儲層內部大規模的油氣開采并伴有上部地層的加載/卸載作用,此類地震震級多大于6級。流體抽注導致的斷層活化是涉及多場多尺度耦合及多孔多裂隙介質非線性變形的復雜地質過程,需綜合斷層帶的巖性特性及其初始應力和擾動應力場進行綜合分析。 

  基于以上科學問題,中國科學院武漢巖土力學研究所通過建立交通信號燈指示因子來評估流體注入誘發地震的風險。研究考慮注入井位置、初始地應力及斷層產狀誘發地震影響因素,采用數值模擬來研究斷層滑移量的大小(圖1),進而建立一套交通信號燈指示系統用以預測某些特定情況下斷層活化誘發地震的風險大小,并評估每個因子誘發地震活動的統計顯著性(圖2)。此外,為厘清影響因素與誘發地震震級之間的復雜關系,在交通信號燈指示系統中引入一個安全閾值,以此建立危險面并區分誘發地震活動的危險區域(圖3)。 

  研究表明,遠離注入井的地方孔壓增加較小,流體注入誘發的斷層滑移呈現相似的趨勢,斷層面上段部分向下滑移,下端部分向上滑移,并在180米和320米處活動劇烈,所以形成了對斷層中間部分(250m左右處)的擠壓,使得該處的滑移量為零。埋深較淺時(800~1400m),滑移量會隨著埋深增加或多或少地減小,并且當傾角60°,斷層滑移量最大。注入井到斷層的水平距離D是避免過大誘發地震的關鍵因素,當D大于350m時,在任何埋深和斷層傾角下都不會產生破壞性誘發地震。同時,當D230m350m之間變化,由于在一些斷層傾角(10°20°30°90°)下誘發斷層滑移的減小,大多數中等到深埋(埋深H>1196m)儲層中流體注入均安全。在淺層儲層(H<1196m)中當注入井距離斷層較小(D<230m)時,所有傾角下的斷層均在危險區中。 

  本研究相關成果已在國際著名的溫室氣體控制技術大會(GHGT-14)上發表并后續發表于ASCE知名期刊《International Journal of Geomechanics》,通訊作者為李琦研究員。該研究成果主要由國家自然科學基金項目(Nos. 41872210, 41274111, 51809220)和巖土力學與工程國家重點實驗室開放基金(No. Z017008)等資助。 

    論文鏈接:1 2

圖1 流體注入誘發斷層活化概念模型

圖2 三因素誘發斷層滑移交通信號指示圖

圖3 交通信號燈指示的危險面離散示意圖

 

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