流体注入工程诱发断层活化的风险评估方法

人类向地球深部要资源和空间的需求与日俱增,增强型地热能开发、二氧化碳地下封存和页岩气开采等深部地质工程活动趋于活跃,但向深部地层注入高压流体有可能导致已有断层活化并诱发低级别有感地震。为了研究该类地震的机理、影响因素、风险评估方法以及应对措施,基于大量文献调研,结合国内外注入流体诱发断层活化的典型工程案例,分析影响断层活化的主要因素及关键评价指标,探讨流体注入诱发断层活化的机理,分析总结流体注入诱发断层活化的评估方法和判别准则,提出了目前研究中存在的问题和亟待突破的研究方向。研究结果表明:(1)断层活化的主控因素是地应力,断层是否活化受地应力状态的控制,当地应力对断层滑移起约束作用时,断层活化的风险相对较低;(2)断层的渗透率、内摩擦角、黏聚力等物理力学性质是断层活化的内因,流体注入速率及注入量是引发断层活化的诱发因素;(3)目前断层活化风险评估方法主要是摩尔—库伦有效应力原理的拓展和延伸,对该评估方法的绝对准确性尚存有疑问,实际运用应根据实际工程地质情况灵活处理、不断改进和创新;(4)目前向深部注入高压流体的新型地质工程领域实践经验不足、研究水平不高,尚有大量问题亟待解决。结论认为,加强监测、科学选址、重视对历史流体注入资料的研究,尽快制定完善地下流体注入规范至关重要。

油气田典型岩石三轴压缩变形破坏与声发射活动特征--四川盆地震旦系白云岩及页岩的破坏过程

随着二氧化碳地质封存、深部地热开采、地下储气库建设、页岩气开发、二次驱油/驱气等工业应用的快速发展,与地下流体注入有关的诱发地震活动呈现一定的增加趋势.利用声发射实验观测油气田典型岩石在三轴压缩条件下变形破坏过程与声发射活动特征,对研究注水诱发地震过程有着重要意义.本文利用四川盆地现场采集的震旦系白云岩及页岩,采用实验室声发射技术观测研究岩石三轴压缩变形破坏过程中地震波速度等物性参数及声发射事件时空分布特征.实验结果表明:震旦系白云岩及页岩在变形破坏过程中均有一定的声发射活动.根据声发射定位结果,声发射主要集中在破坏前后的较短时间内,页岩的层理面为结构弱面,控制最终破坏面的形态及声发射特征.根据应力-应变结果,白云岩在压缩的后期阶段有一定的扩容现象,但页岩在整个压缩阶段均没有明显扩容现象.研究结果表明四川盆地较古老的白云岩及页岩具有脆性破坏特征,地下流体注入容易诱发微震活动,形成裂缝,有利于页岩气压裂开采.微震活动有利于监测裂缝的发生发展,但同时在页岩气开发及二氧化碳地质封存时应采取相应的预防控制措施进行安全合理的储盖层管理,避免灾害性诱发地震的发生.