雷興林李霞穎李 琦馬勝利付碧宏崔銀祥

1）中國地震局地質(zhì)研究所，地震動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

2）日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所，日本筑波305-8567

3）中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所，巖土力學(xué)與工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430071

4）中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所，北京 100094

沉積巖儲藏系統(tǒng)小斷層在油氣田注水誘發(fā)地震中的作用
——以四川盆地為例

雷興林1，2）李霞穎3）李 琦3）馬勝利1）付碧宏4）崔銀祥3）

1）中國地震局地質(zhì)研究所，地震動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029

2）日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所，日本筑波305-8567

3）中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所，巖土力學(xué)與工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430071

4）中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所，北京 100094

以四川盆地為例，通過分析沉積巖儲藏系統(tǒng)中斷層的發(fā)育特征和典型沉積巖斷層形成前后巖石變形破壞過程的實(shí)驗(yàn)研究，探討沉積巖層中小斷層在油氣田注水誘發(fā)地震中的作用及較大地震發(fā)生條件。首先，通過分析已有的有關(guān)四川盆地深部注水誘發(fā)地震活動(dòng)情況的資料得到具有一定普遍性的認(rèn)識：誘發(fā)地震的空間分布明顯受已有斷層或破裂的控制，有感地震尤其是可導(dǎo)致一定災(zāi)害的中強(qiáng)地震往往都是已有斷層的重新活動(dòng)所致。其次，結(jié)合石油地質(zhì)資料及盆地邊緣地區(qū)出露的一些未成熟小型斷層的地質(zhì)與構(gòu)造特征觀察分析，發(fā)現(xiàn)這些斷層的存在具有普遍性而且是地下油氣縱向運(yùn)移的主要通道。進(jìn)而，在實(shí)驗(yàn)室條件下對四川盆地幾個(gè)典型沉積巖樣本進(jìn)行了三軸壓縮破壞實(shí)驗(yàn)。采用多通道寬動(dòng)態(tài)高速聲發(fā)射觀測技術(shù)與三維X射線CT成像技術(shù)分析斷層形成過程及形成后的幾何特征和摩擦系數(shù)的變化。最后，通過融合各方面研究結(jié)果分析注水誘發(fā)地震的發(fā)生機(jī)制和模型，探討了較大地震發(fā)生條件，為提升注水誘發(fā)地震評估能力和建立安全注水操作管理指南提供理論基礎(chǔ)。

該結(jié)果有助于理解為何四川盆地油氣田注水誘發(fā)地震活動(dòng)如此劇烈。主要的前三疊系沉積巖（包括白云巖、頁巖及白云質(zhì)灰?guī)r）均具有較高的破壞強(qiáng)度和脆性變形破壞特征，使四川盆地油氣儲藏系統(tǒng)有條件保持較高的應(yīng)力水平和在一定條件下導(dǎo)致地震性斷層破壞。一般，一條尺度達(dá)到幾km的斷層便足以產(chǎn)生M 5級別的中強(qiáng)地震。這些條件使得該區(qū)具有發(fā)生破壞性注水誘發(fā)地震的可能。有必要在對注水孔周圍的破裂及斷層構(gòu)造的空間分布、尺度大小及力學(xué)性質(zhì)特征有基本了解的條件下，通過注水?dāng)?shù)值模擬和監(jiān)測注水誘發(fā)地震的時(shí)空演化，建立適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)模型實(shí)現(xiàn)誘發(fā)地震的統(tǒng)計(jì)評估和預(yù)測，指導(dǎo)注水操作而達(dá)到減少災(zāi)害性地震發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

注水誘發(fā)地震 斷層重新活動(dòng) 油氣田 四川盆地 巖石破壞實(shí)驗(yàn) 聲發(fā)射

0 引言

在驅(qū)油驅(qū)氣、廢水回注、二氧化碳地質(zhì)封存、酸氣回注、地?zé)豳Y源及頁巖氣開發(fā)等與地下流體注入有關(guān)的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，注水誘發(fā)地震往往是難以避免的問題（Li et al．，2006；Comm ittee on Induced Seism icity Potential in Energy Technologies，et al．，2012）。一方面，注水誘發(fā)的微震活動(dòng)可以用來檢測地下流體運(yùn)移及破裂發(fā)育情況而在注水效果評估及管理上具有重要的應(yīng)用價(jià)值。另一方面，注水誘發(fā)的有感地震的發(fā)生會引起很大的社會反響，尤其當(dāng)災(zāi)害性地震發(fā)生時(shí)，所造成的損失往往比地震活動(dòng)地區(qū)同樣大小的地震更大，不僅會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還可能導(dǎo)致事業(yè)的終止（Deichmann et al.，2009）。因此如何準(zhǔn)確地評估可能發(fā)生的誘發(fā)地震的規(guī)模并盡可能地避免災(zāi)害性地震的發(fā)生就尤其重要。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須從科學(xué)上探明災(zāi)害性誘發(fā)地震的發(fā)生條件和規(guī)律。四川盆地作為中國最重要的油氣盆地之一，天然氣年產(chǎn)量已超過120億m3，伴隨天然氣生產(chǎn)而產(chǎn)出的污水／酸氣也在逐年增加（劉學(xué)浩等，2012）。污水／酸氣經(jīng)過一定的處理后回注到枯竭油氣田在目前而言是最經(jīng)濟(jì)安全的手段之一。四川盆地整體上，尤其是蜀南地區(qū)，由廢水回注而誘發(fā)的地震活動(dòng)十分強(qiáng)烈，已有幾十年的歷史，近年有明顯的增強(qiáng)趨勢，且已發(fā)生了數(shù)次5級以上的中強(qiáng)地震（Lei et al．，2013b；Lei et al．，2008；張致偉等，2012；張伯崇等，1993）并造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失（何玉林等，2010）。因此，有必要開展有關(guān)研究并盡快建立完善有效的監(jiān)管體制。

研究發(fā)現(xiàn)，較大的誘發(fā)地震一般為已有斷層的重新活動(dòng)所致（Lei et al．，2013b；Lei et al．，2008），因此，系統(tǒng)地研究分析沉積巖儲層斷層的發(fā)育特征及其力學(xué)性質(zhì)是探討油氣田注水誘發(fā)地震活動(dòng)規(guī)律及較大地震發(fā)生條件的主要內(nèi)容。本文以四川盆地為例，通過分析沉積巖儲層小斷層的發(fā)育特征以及典型沉積巖斷層形成前后變形過程的實(shí)驗(yàn)研究，探討沉積巖層小斷層在油氣田注水誘發(fā)地震中的作用及災(zāi)害性地震發(fā)生條件。

1 四川盆地油氣田注水誘發(fā)地震特征

四川盆地尤其蜀南地區(qū)與天然氣田廢水回注及井鹽注水開采有關(guān)的注水誘發(fā)地震活動(dòng)已有相當(dāng)長的歷史，具有在時(shí)空上與注水活動(dòng)對應(yīng)良好、活動(dòng)頻度高、震級大的特點(diǎn)。到目前為止，4級以上的注水誘發(fā)地震就至少有50次。僅隆昌-榮昌天然氣田（圖1中A）自20世紀(jì)80年代末期開始，在螺4、螺2等深井注水以來，便已經(jīng)觀測到4級以上地震近20次（其中5級以上3次），作為蜀南地區(qū)典型誘發(fā)地震范例得到相對詳細(xì)的研究（Lei et al．，2008；王小龍等，2012）。另外含4級以上地震的誘發(fā)地震序列還有1996年宜賓北MS5.4地震序列①杜方等，1996年2月28日四川省宜賓5.4級地震，www.csi.ac.cn。（圖1中G）、2008年10月自貢自流井ML4.6地震序列（圖1中C）、2009—2010自貢家33井ML4.4地震序列（圖1中B），等等。其中家33井ML4.4地震序列發(fā)生在自貢小臺網(wǎng)監(jiān)測范圍內(nèi)，并因?yàn)檫m時(shí)架設(shè)了6臺臨時(shí)地震臺而得到詳細(xì)的研究（Lei et al．，2013b；何玉林等，2010；張致偉等，2012）。圖2為自貢黃家場氣田簡易地質(zhì)剖面和注水誘發(fā)地震的空間分布。

通過綜合分析迄今為止對蜀南地區(qū)典型誘發(fā)地震序列的研究成果（張伯崇等，1993；Lei et al．，2008；王小龍等，2012；張致偉等，2012；Lei et al．，2013b），可以得到以下一些認(rèn)識：

圖1 四川盆地及其周邊地形、活動(dòng)斷層、油氣田、不同期間地震震中及油氣田注水誘發(fā)地震群分布（活動(dòng)斷層分布據(jù)鄧起東等，2007；地震數(shù)據(jù)源于地震數(shù)據(jù)共享中心）Fig.1 Geomorphic feature，active faults，gas／oil fields，earthquake epicenters occurring in different periods，and injection-induced earthquake swarms in the Sichuan Basin and surrounding region（Active fault data are from DENG Qi-dong et al．，2007；and seism ic data are from China Earthquake Data Center）.

圖2 自貢黃家場氣田簡易地質(zhì)剖面和注水誘發(fā)地震分布（改自Lei et al．，2013b）Fig.2 Hypocenter depth distribution superimposed on the simplified geological cross sections and stratigraphy of the Huangjiachang gas reservoir，Zigong（modified from Lei et al．，2013b）.

（1）一般重力自流時(shí)沒有明顯地震活動(dòng)，加壓注水時(shí)開始出現(xiàn)地震活動(dòng)，當(dāng)井口壓力達(dá)到近1MPa以上時(shí)活動(dòng)加劇。

（2）在一個(gè)序列中最大地震出現(xiàn)的時(shí)間具有多樣性，但在加壓注水初期一般都有一個(gè)或長或短的加速發(fā)展期，震級越來越大，頻度越來越高，地震分布范圍越來越廣。

（3）統(tǒng)計(jì)分析表明，在一個(gè)注水誘發(fā)地震序列中外部因素（主要指注水引起的孔隙壓增加和擴(kuò)散）占支配作用，而地震自身觸發(fā)的余震性活動(dòng)總體只占20%～30%。反映在地震活動(dòng)的傳染模型（ETAS）上，表現(xiàn)為相對較高的隨機(jī)成分和較低的a值（代表余震產(chǎn)生能力），多數(shù)情況下a＜1.5。而通常的構(gòu)造地震（除了深部流體觸發(fā)并驅(qū)動(dòng)的震群性活動(dòng)外）的一般a＞2，地震自身觸發(fā)的余震占主要成分。正因如此，在多數(shù)情況下，停止注水后地震活動(dòng)很快減弱并逐漸停止。

（4）誘發(fā)地震的空間分布明顯受已有斷層的控制。較大地震尤其是中強(qiáng)地震往往都是已有斷層的重新活動(dòng)所致。這些斷層多數(shù)都是隱伏斷層，有的通過物探及鉆孔資料已知，有的是未知的。

（5）震源機(jī)制解比較散亂，一方面說明局部應(yīng)力場的非均勻性，一方面說明孔隙壓的重要性。

以上認(rèn)識表明，災(zāi)害性誘發(fā)地震往往由已有斷層的重新活動(dòng)所致。這些斷層（包括節(jié)理或?qū)用妫┰诂F(xiàn)今區(qū)域應(yīng)力場下并非都具有最易滑動(dòng)的走向和傾角，其構(gòu)造應(yīng)力多為亞臨界狀態(tài)（背景地震活動(dòng)很低），數(shù)百kPa以上的流體壓力增加便可使其活動(dòng)而產(chǎn)生地震，但注水停止后隨著流體壓力的降低地震活動(dòng)很快結(jié)束。因此分析研究油氣儲層及其周圍的斷層構(gòu)造的空間分布、尺度大小及力學(xué)性質(zhì)特征便是研究災(zāi)害性誘發(fā)地震發(fā)生條件的關(guān)鍵。

2 沉積巖層小斷層的特征

在四川盆地，發(fā)生過明顯的注水誘發(fā)地震活動(dòng)的氣田主要都是構(gòu)造性氣藏，大多與沉積蓋層中的背斜構(gòu)造、裂隙及古巖溶有關(guān)。具有開采價(jià)值的規(guī)模氣藏大多對應(yīng)背斜核部的砂巖、灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等地層。氣藏上部發(fā)育的頁巖、泥巖及鹽巖等蒸發(fā)巖層起到了良好的封閉作用。因?yàn)楸承焙瞬考捌鋬梢碜冃未?，相對脆性的巖層（如砂巖、灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r）容易形成各種規(guī)模的層內(nèi)破裂（包括節(jié)理、層間滑脫及斷層等）。脆性巖層中破裂往往在其上下相對塑性的地層中過渡為塑性變形而終止，這樣的破裂容易成為良好氣藏。當(dāng)變形進(jìn)一步加大時(shí)，位于翼部的破裂便發(fā)展成為剪切斷層。當(dāng)剪切斷層的位移量達(dá)到一定程度后便可能切斷其上下的塑性層而形成較大的跨層斷層，這樣的跨層斷層往往成為流體縱向運(yùn)移通道。如位于川中臺拱的磨溪?dú)馓?，物探、鉆探及同位素等數(shù)據(jù)顯示氣田的氣水邊界多受規(guī)模不大的隱伏斷層控制，隱伏斷層是深源油氣向上運(yùn)移在儲氣層匯集或向地表泄漏的主要通道（賈國相等，2005）。

對于地下的隱伏斷層只能從物探剖面及鉆井巖心加以甄別。盆地中可以看到一些發(fā)育在較新地層的類似斷層露頭。圖3為一發(fā)育在侏羅系遂寧組紅色砂巖、粉砂巖地層的逆斷層露頭。斷層上盤廣泛分布氧化-還原帶，系深部還原性流體沿?cái)鄬酉蛏线\(yùn)移并在上盤的砂質(zhì)地層中橫向運(yùn)移使Fe3+還原為Fe2+所留下的痕跡。該斷層位移量不大，沒有新活動(dòng)痕跡，與諸多發(fā)育在深部的隱伏斷層具有一定程度的相似性。該露頭還揭示，對于流體而言，此類斷層在順斷層方向是運(yùn)移通道，但在橫向上可以成為運(yùn)移障礙。與圖2注水誘發(fā)地震空間分布所揭示的隱伏斷層特征一致。

圖3 發(fā)育在上侏羅統(tǒng)遂寧組紅色砂巖、粉砂巖地層的逆斷層露頭Fig.3 A reverse fault developed in the fine-grained sandstone layers of the Upper Jurassic Suining Fm.（J3s）showing as reduction spots in the hanging wall.（Fault：S／38°，GPS：31°23′30.01″N，107°42′25.39″E）.斷層上盤廣泛發(fā)育紅綠相間的氧化-還原帶

蜀南地區(qū)幾個(gè)典型的注水誘發(fā)地震序列都因?yàn)橄蚨B系茅口組灰?guī)r儲藏注水時(shí)發(fā)生，地震震源集中在三疊系以下的沉積巖地層中。早期關(guān)于結(jié)晶基底斷層活動(dòng)的認(rèn)識（丁仁杰等，2004），可能是因?yàn)榈卣鹫鹪瓷疃炔粶?zhǔn)確（定得過大）所致而值得商榷。近期發(fā)生在自貢、榮昌等氣田的誘發(fā)地震，包括幾次4級以上的地震，由精確定位方法得到的震源深度都遠(yuǎn)未達(dá)到結(jié)晶基底深度。如果僅用區(qū)域臺網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行常規(guī)定位的話，有不少地震被定到結(jié)晶基底深度。因此認(rèn)為現(xiàn)有的數(shù)據(jù)尚不能證明基底斷層因注水而活化。在盆地東部褶皺帶廣泛出露三疊系及二疊系地層并可觀測到不同規(guī)模斷層露頭。圖4為發(fā)育在早三疊紀(jì)白云質(zhì)灰?guī)r地層中的逆斷層露頭。斷層位錯(cuò)約50cm，在其上覆的薄層碳質(zhì)頁巖層轉(zhuǎn)化為順層滑動(dòng)而消失。沿?cái)鄬影l(fā)育方解石脈，厚度達(dá)10cm，證實(shí)該斷層在地質(zhì)歷史上曾是熱液流體的通道。圖5為百里峽發(fā)育在早三疊紀(jì)白云質(zhì)灰?guī)r地層中的順層逆斷層露頭。斷層破碎帶顯示明顯的剪切變形結(jié)構(gòu)，有少量斷層泥（含黏土礦物伊利石），揭示在背斜翼部發(fā)生過順層滑動(dòng)。

結(jié)合石油地質(zhì)資料及野外地質(zhì)考察結(jié)果，不難發(fā)現(xiàn)沉積巖儲層斷層多為尺度在幾km量級以下的小型斷層，具有總體剪切位移小的特征，既是儲油氣構(gòu)造又是油氣運(yùn)移的主要通道。本文把這類總體剪切位移小、斷層泥不發(fā)育的斷層歸為未成熟斷層。與發(fā)育成熟的剪切斷層相比，未成熟斷層具有較復(fù)雜的幾何形態(tài)和粗糙度。因此可能具有較大的剪切強(qiáng)度和摩擦系數(shù)，下節(jié)從室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對此加以論證。

3 典型沉積巖斷層形成前后的聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)研究

上節(jié)的綜述表明，注水誘發(fā)地震活動(dòng)受已有斷層控制。這些斷層，具有相對位移量小，成熟度低，處于亞臨界應(yīng)力狀態(tài)等特點(diǎn)。與地殼中成熟的地震斷層具有明顯不同的力學(xué)性質(zhì)。為了揭示典型巖性中未成熟斷層的力學(xué)特征，有必要針對性地開展系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究。從現(xiàn)場采集代表性的巖石標(biāo)本，在三軸壓縮變形及注水條件下，通過探測標(biāo)本的波速及滲透率等物性和檢測聲發(fā)射活動(dòng)，探討斷層形成過程及形成后力學(xué)特征。本節(jié)介紹初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其在注水誘發(fā)地震研究中的意義。

圖4 發(fā)育于下三疊統(tǒng)白云質(zhì)灰?guī)r中的逆斷層露頭。斷層位錯(cuò)約50cm，在其上覆的薄層碳質(zhì)頁巖層轉(zhuǎn)化為順層滑動(dòng)而消失Fig.4 A reverse fault developed in the Lower Triassic（T1）dolomitic limestone with a total displacement of 50cm. The fault ends at the upper shale layer（Occurrence：N45°W／27°，GPS：29°25′2.02″N，105°34′27.13″E）.

圖5 發(fā)育在下三疊統(tǒng)白云質(zhì)灰?guī)r地層中的順層逆斷層露頭，斷層破碎帶顯示明顯的剪切變形特征Fig.5 A reverse fault along the bedding plane of the dolomitic limestone of T1 showing as a fracture zone with shear deformation（Occurrence：N35°E／68°，GPS：31°46′29.4″N，108°29′4.1″E）.

3.1 實(shí)驗(yàn)標(biāo)本及實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)用巖石標(biāo)本從不同地方的采石場采集（圖1s#）。本文用到的標(biāo)本有震旦系的白云質(zhì)灰?guī)r和頁巖（圖1s1）、飛仙觀組（T3f）的灰?guī)r（圖1 s5）、下沙溪廟組（J2s1）的細(xì)粒長石石英砂巖（圖1 s2，s4）和蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）的中粒長石石英砂巖（圖1 s3）。巖石標(biāo)本按巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)加工為直徑50mm、長度125mm的圓柱體，在其表面貼上6對十字形應(yīng)變片和24個(gè)直徑5mm、共振頻率2MHz的壓電陶瓷探頭（PZT），在兩端放上墊塊（注水用或不注水用）然后涂上一層至少5mm厚的硅橡膠。表1為主要實(shí)驗(yàn)標(biāo)本的基本信息及實(shí)驗(yàn)結(jié)果主要參數(shù)。

實(shí)驗(yàn)在圍壓容器內(nèi)進(jìn)行，圍壓介質(zhì)為航空油，應(yīng)變片的4芯信號線和聲發(fā)射探頭的高頻同軸信號線通過特殊接口引出與應(yīng)變儀及高頻信號放大器相接。本研究采用固定應(yīng)力速率（約2.5MPa／m）的加載條件進(jìn)行三軸壓縮實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中圍壓保持為22.5或10MPa，最大孔隙壓或注水壓為11.5MPa。

在實(shí)驗(yàn)中采用了兩臺12通道16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器所組成的聲發(fā)射波形數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和由本文作者開發(fā)的波形處理軟件TSpro（http：∥staff.aist.go.jp／xinglin-lei／）記錄處理聲發(fā)射波形數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)有單事件／多事件／連續(xù)記錄3種模式，可通過軟件實(shí)施瞬時(shí)切換。單事件模式在通常采樣條件下（采樣頻率：25MHz，樣長：4 096），每秒最多可采集大約10個(gè)聲發(fā)射事件的波形數(shù)據(jù)，總數(shù)只受計(jì)算機(jī)硬盤可使用容量限制。多事件模式在相同采樣條件下，每秒最多可采集大約5 000個(gè)聲發(fā)射的波形數(shù)據(jù)，總數(shù)受A／D板內(nèi)置內(nèi)存容量（每個(gè)A／D板有4個(gè)模擬輸入通道共1G字（Word））限制為65,000個(gè)。連續(xù)記錄模式在相同采樣條件下，能連續(xù)記錄約10s。單事件模式時(shí)可以適時(shí)顯示每個(gè)事件的波形和粗定位結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)過程中，一般先采用單事件模式，當(dāng)聲發(fā)射活動(dòng)開始頻繁時(shí)切換到多事件模式，在必要時(shí)切換為連續(xù)記錄模式。該系統(tǒng)比以前的高速32通道聲發(fā)射波形數(shù)據(jù)采集與震源監(jiān)視系統(tǒng)（Lei et al．，2000a）能記錄更多的聲發(fā)射波形數(shù)據(jù)，可以在各種加載條件下通過分析微破裂活動(dòng)時(shí)空分布數(shù)據(jù)研究巖石內(nèi)斷層形成前后的詳細(xì)過程。除波形記錄外，還有2個(gè)通道的峰值振幅探測器（Peak detector），具有55dB的有效動(dòng)態(tài)范圍（相當(dāng)于2.75級）。24個(gè)PZT的電壓信號經(jīng)40dB放大后接到波形采集系統(tǒng)，其中2個(gè)位于標(biāo)本中部的PZT信號再經(jīng)20dB放大后接到峰值振幅探測器。事件模式（單事件或多事件）波形記錄的觸發(fā)門檻設(shè)為100mV（合放大前1mV），峰值振幅探測器的下限（略高噪音水平）為45dB（合放大前0.45mV）。因此，峰值振幅探測器探測到的聲發(fā)射事件數(shù)一般要遠(yuǎn)大于（10倍左右）從波形記錄的事件數(shù)。有波形記錄的事件大部分能夠精確定位。但在發(fā)生頻度超過每秒幾千次時(shí)，大量聲發(fā)射的P波初動(dòng)被前面事件的尾波干擾而不能準(zhǔn)確識別，許多事件不能定位。另外，當(dāng)實(shí)驗(yàn)標(biāo)本為孔隙度較大的砂巖時(shí)，由于衰減大，多數(shù)相對較小事件的P波初動(dòng)不清晰，能夠定位事件數(shù)目也會大大下降。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對所有巖石標(biāo)本進(jìn)行X射線3維CT掃描以準(zhǔn)確再現(xiàn)標(biāo)本的非均勻結(jié)構(gòu)和破裂面的幾何形態(tài)。

本文將重點(diǎn)闡述巖石破壞的宏觀特征，斷層形成前后的聲發(fā)射活動(dòng)特征及部分標(biāo)本新生斷層的摩擦滑動(dòng)行為特征，其他詳細(xì)結(jié)果擬在有關(guān)文章發(fā)表。

表1 主要實(shí)驗(yàn)標(biāo)本的基本信息及實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本參數(shù)Table 1 Basic information of specimens and parameters of experimental results

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2.1 長石石英砂巖

圖6 砂巖（J2s1）標(biāo)本斷層形成及滑動(dòng)過程階段的聲發(fā)射空間分布（a，b）；聲發(fā)射累計(jì)數(shù)（2個(gè)探頭的峰值檢測數(shù)和波形記錄數(shù)），作用在最終破裂面上的剪應(yīng)力及斷層摩擦系數(shù)μ隨時(shí)間的變化；新生斷層的初始摩擦系數(shù)約為1.0，其后隨位移的增加而減小，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)（位移量約3mm）降到0.7，但下降趨勢仍未結(jié)束（c）Fig.6 AE hypocenter distribution（a，b），AE number（counted by two peak detectors and waveform recording），shear stress，and frictional coefficient acted on the final fracture plane during the periods of fault formation and post rupture in sandstone（J2s1）.The newly created shear fault shows a frictional coefficient decreased from 1.0 to 0.7 after a post slip of 3mm（c）.

下沙溪廟組（J2s1）的長石石英砂巖具有較小的孔隙率（6%）和滲透系數(shù)（滲透率＜0.1mD），被劃為致密低滲儲層（葉素娟等，2010）。圖6為動(dòng)態(tài)破壞前后斷層形成及滑動(dòng)過程的聲發(fā)射空間分布、聲發(fā)射累計(jì)數(shù)和作用在最終破裂面上的剪應(yīng)力及斷層摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化。由此可見，動(dòng)態(tài)破壞前后AE活動(dòng)強(qiáng)烈，主要集中在樣本中下部。實(shí)驗(yàn)過程中，蒸餾水從標(biāo)本下端注入，伴隨水的向上運(yùn)移觀測到聲發(fā)射活動(dòng)的向上遷移現(xiàn)象（詳細(xì)將在后續(xù)論文發(fā)表）。當(dāng)高壓流體到達(dá)標(biāo)本中部時(shí)，發(fā)生動(dòng)態(tài)破壞形成斷層，為快速應(yīng)力降事件，應(yīng)力降幅度為80MPa（軸向應(yīng)力）。新生斷層的摩擦系數(shù)1.0，其后隨位移的增加而減小，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)（位移量約3mm）降到0.7（但下降趨勢仍未結(jié)束），與地殼中成熟斷層的典型范圍0.6～0.8（Byerlee，1978）一致。圖7為巖石破壞后的三維X射線CT掃描的中心正交切片圖像，圖中CT值大小反映X射線的衰減大小，元素的原子序數(shù)越大，X射線的衰減越大，對應(yīng)的CT值也就越大。巖石內(nèi)部的不均勻結(jié)構(gòu)及斷層面幾何形態(tài)得到精細(xì)再現(xiàn)。CT圖像還顯示剪斷面縱向有輕微拐折，橫向有較大起伏。

圖7 砂巖（J2s1）巖石破壞實(shí)驗(yàn)后巖石樣品三維X射線CT掃描中心正交切片圖像；CT值大小反映X射線衰減系數(shù)。斷層面幾何形態(tài)被精細(xì)再現(xiàn)Fig.7 Images of X-ray CT scan of the fractured sandstone sample（J2s1）.The CT value reflects the attenuation coefficient of the X-ray.The 3D geometry of the fracture plane is precisely fingered out.

與下沙溪廟組長石石英砂巖形成鮮明對比，蓬萊鎮(zhèn)組砂巖（J3p）具有較大的孔隙率（23%）和滲透系數(shù)（有效圍壓11MPa時(shí)的實(shí)測值為10mD）。相同實(shí)驗(yàn)條件下，下沙溪廟組的致密砂巖的破壞強(qiáng)度高達(dá)190MPa，而蓬萊鎮(zhèn)組砂巖只有80MPa。對于蓬萊鎮(zhèn)組砂巖，峰值檢測器記錄到的聲發(fā)射數(shù)是波形記錄系統(tǒng)記錄的20倍，表示聲發(fā)射活動(dòng)頻度本身不低但信號微弱。定位顯示聲發(fā)射呈水平帶狀展布（圖8c），具壓實(shí)帶（Compaction Band）特征（Lei et al．，2011）。作用在最終破裂面上的剪應(yīng)力及斷層摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化顯示斷層的摩擦系數(shù)維持在0.85左右（圖8a），稍大于上述致密沙溪廟組砂巖的結(jié)果及地殼中成熟斷層的典型范圍。巖石破壞后的三維X射線CT掃描圖像顯示，形成的斷層比較平直（圖8b）。最終破裂本身為快速應(yīng)力降事件，應(yīng)力降幅度為25MPa。

圖8 砂巖（J3p）變形破壞過程中平均軸向應(yīng)變（εa），周向應(yīng)變（εc）及體積應(yīng)變（εv），軸向應(yīng)變（Sa），作用在最終破裂面上的正應(yīng)力和剪應(yīng)力之比（σ／τ）及斷層摩擦系數(shù)（μ），聲發(fā)射累計(jì)數(shù)隨時(shí)間的變化（a）；斷層形成后的摩擦系數(shù)維持在0.85左右；巖石破壞實(shí)驗(yàn)后巖石樣品三維X射線CT掃描中心垂直切片圖像（b）與聲發(fā)射震源分布（c）的對比Fig.8 Mean axial strain（εa），circum ferential strain（εc），and volumetric strain（εv），axial stress（Sa），ratio of normal stress to shear stress（σ／τ），and frictional coefficient acted on the final fracture plane，AE number during the periods of fault formation and post rupture of sand stone samp le（J3p）（a）.The newly created shear fault shows a frictional coefficient of 0.85，which is stable with increasing displacement.A comparison between the vertical section of X-ray CT scan image of the fractured sample（b）and AE hypocenters（c）.

3.2.2 震旦紀(jì)頁巖

震旦紀(jì)頁巖在干燥條件下動(dòng)態(tài)破壞前后斷層形成及滑動(dòng)過程的聲發(fā)射空間分布、聲發(fā)射計(jì)數(shù)和作用在最終破裂面上的剪應(yīng)力及斷層摩擦系數(shù)隨時(shí)間的變化示于圖9。動(dòng)態(tài)破壞前沒有觀測到明顯的AE活動(dòng)，AE主要發(fā)生在動(dòng)態(tài)破壞瞬間及其后的斷層初期滑動(dòng)階段，沿?cái)鄬映拭鏍罘植迹▓D9a）。動(dòng)態(tài)破壞表現(xiàn)為快速應(yīng)力降事件，應(yīng)力降幅度為140MPa。由于斷層在上端部與墊塊相遇，端部附近斷層下盤繼續(xù)受到壓縮而碎裂，并伴生大量聲發(fā)射（圖9c）。隨后觀測到穩(wěn)定的斷層滑動(dòng)，聲發(fā)射活動(dòng)逐漸減弱。由于斷層面與端部墊塊沖突，斷層形成后軸向應(yīng)力不完全由斷層面承擔(dān)，因此無法準(zhǔn)確確定斷層摩擦系數(shù)。巖石破壞后的三維X射線CT掃描結(jié)果顯示巖石的層理面與最大主應(yīng)力軸呈約15°，接近最大剪應(yīng)力面方向，為較易滑動(dòng)方向（Lei et al．，2013a）。產(chǎn)生剪斷面沿頁巖的層理面形成，斷層面雖然整體上比較平直，但存在局部起伏。結(jié)合以往結(jié)果（Lei et al．，2013a）可以預(yù)見，當(dāng)頁巖的層理面呈更大或更小的角度時(shí)，將會觀測到更多的破壞前的AE活動(dòng)和更加復(fù)雜的斷層面幾何形狀。

3.2.3 白云巖與灰?guī)r

圖9 頁巖（Zd）標(biāo)本破壞實(shí)驗(yàn)后巖石樣品三維X射線CT掃描中心垂直切片圖像（a）與不同階段聲發(fā)射震源分布的對比（b，c），軸向應(yīng)力及聲發(fā)射累計(jì)數(shù)隨時(shí)間的變化（d）Fig.9 a-c）A comparison between the vertical section of X-ray CT scan image of the fractured shale sample（Zd）and AE hypocenters occurring in different periods.d）Axial stress and AE number against time.

震旦系白云巖在自然干燥條件下的變形破壞實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖10）表明，在峰值應(yīng)力前幾乎沒有明顯的聲發(fā)射活動(dòng)，但在動(dòng)態(tài)破壞前后AE活動(dòng)劇烈，應(yīng)力降過程開始相對比較緩慢后來越來越快，共持續(xù)了不到2s。主要受潛在非均勻構(gòu)造影響，形成多個(gè)破裂且破裂面復(fù)雜。而三疊系飛仙關(guān)灰?guī)r的動(dòng)態(tài)破壞過程十分緩慢（圖11），從峰值應(yīng)力到完全破壞共持續(xù)了60s以上。在此過程中也觀測到一些快速應(yīng)力降事件且伴隨一定的聲發(fā)射活動(dòng)。標(biāo)本內(nèi)存在一條總體水平展布的縫合線構(gòu)造（碳酸鹽巖儲層普遍發(fā)育），為該標(biāo)本的一級軟弱構(gòu)造。顯然沿縫合線構(gòu)造發(fā)生了初期破壞，最終破壞受其控制而形成了多條形狀復(fù)雜的破裂。

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可歸納如下：1）所有巖石在低應(yīng)力階段的聲發(fā)射活動(dòng)水平都很低，明顯的聲發(fā)射活動(dòng)的起始應(yīng)力接近峰值應(yīng)力，這一點(diǎn)與典型結(jié)晶巖（Lei，2006）形成鮮明對比；2）低孔隙率低滲透率的侏羅系砂巖、震旦系的白云巖及頁巖均具有脆性破壞特征，斷層形成后，在其滑動(dòng)過程中產(chǎn)生大量聲發(fā)射事件；3）高孔隙率高滲透率的侏羅系砂巖和三疊系灰?guī)r的聲發(fā)射活動(dòng)低且弱，總體表現(xiàn)為延性破壞，但在其破壞過程中仍然伴隨一些快速應(yīng)力降（地震性）事件；4）白云巖的白云化程度的差異、灰?guī)r的縫合線構(gòu)造、砂巖及頁巖的層理為一級非均勻構(gòu)造，對斷層的位置及幾何形態(tài)具有控制作用。這些構(gòu)造的存在都具有使斷層面變得復(fù)雜的機(jī)制；5）剛形成的斷層面具有較高的摩擦系數(shù)，隨滑動(dòng)位移的增加而逐漸減小到0.6～0.8這一典型范圍；6）致密砂巖的水壓致裂實(shí)驗(yàn)表明，聲發(fā)射的時(shí)空分布能很好地再現(xiàn)流體運(yùn)移，斷層形成前，流體運(yùn)移受層理控制，斷層形成后，受斷層控制。

圖10 白云巖（Zd）破壞階段聲發(fā)射震源分布（b，c）與實(shí)驗(yàn)后巖石樣品三維X射線CT掃描中心垂直切片圖像（b）；軸向應(yīng)力及聲發(fā)射累計(jì)數(shù)隨時(shí)間的變化（d）Fig.10 A comparison between AE hypocenters（a，b）and a vertical section of X-ray CT scan image（c）of the fractured dolomite sample（Zd）.Axial stress and AE numbers against time（d）.

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，四川盆地主要沉積巖儲藏系統(tǒng)地層巖石具有不同程度的脆性破壞特征。成熟度很低的小斷層具有較復(fù)雜的斷層幾何性質(zhì)及粗糙度，這樣的斷層在進(jìn)一步滑動(dòng)時(shí)會產(chǎn)生動(dòng)態(tài)破壞。這是該地區(qū)容易發(fā)生注水誘發(fā)地震的原因。下節(jié)從摩爾-庫侖破壞準(zhǔn)則出發(fā)，分析流體壓力在斷層活化中的作用。

4 斷層活化分析

斷層的應(yīng)力通過區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)而逐漸積累，其積累速度與斷層所在地殼塊體的相對運(yùn)動(dòng)速率成比例。與此同時(shí)，斷層的強(qiáng)度也不是固定不變的，地下流體壓力的增加可以使斷層顯著弱化。根據(jù)摩爾-庫侖破壞準(zhǔn)則，斷層失穩(wěn)的必要條件是作用于斷層面上的庫侖破壞應(yīng)力（簡稱庫侖應(yīng)力，CFS）達(dá)到或超過其破壞強(qiáng)度（S）：

圖11 灰?guī)r（T2f）破壞階段聲發(fā)射震源分布與實(shí)驗(yàn)后巖石樣品三維X射線CT掃描中心垂直切片圖像，破裂面及縫合線構(gòu)造清晰可見；軸向應(yīng)力及聲發(fā)射累計(jì)數(shù)隨時(shí)間的變化Fig.11 Axial stress and AE numbers against time.The inner p lot shows a comparison between AE hypocenters and X-ray CT scan image of the fractured dolomite sample（T2f）where fractures and stylolite structures are visible.

式中，τ，σ，μ，Pf分別為剪應(yīng)力、正應(yīng)力（拉張為正）、摩擦系數(shù)、孔隙壓。τ和σ是主應(yīng)力大小和斷層與最大主應(yīng)力方向之間的角度（δ）的函數(shù)。四川盆地區(qū)域應(yīng)力場的最大主應(yīng)力（σ1）近似水平，最小主應(yīng)力（σ3）近似垂直，為逆斷層應(yīng)力場。在這樣的應(yīng)力場條件下，垂直方向的主應(yīng)力可用上覆地層的靜巖壓力近似，任意斷層的剪切破壞強(qiáng)度成為深度或σ3、孔隙壓Pf及δ（這里等同于傾角）的函數(shù)。為方便起見，用差應(yīng)力（σ1-σ3）代替剪切破壞強(qiáng)度。

圖12直觀地顯示在地下3km附近，不同傾角的斷層的破壞強(qiáng)度，每條曲線的極小值對應(yīng)最易活動(dòng)斷層的傾角（主要與摩擦系數(shù)有關(guān)）。四川盆地內(nèi)部的天然地震活動(dòng)很低，但如第一節(jié)所述，較小的流體壓力增加便可觸發(fā)明顯的地震活動(dòng)。因此可進(jìn)一步假設(shè)作用在那些最易活動(dòng)斷層上的應(yīng)力應(yīng)該為亞臨界狀態(tài)或接近臨界狀態(tài)。在上述條件下，圖12a表示在同一深度，初始孔隙壓越高，相同的注水壓力可能引起活化的斷層的傾角范圍就越大。圖12b則表示在初始孔隙壓為覆蓋壓的0.5倍（略高于靜水壓）時(shí)，深度越淺，相同的注水壓力可能引起活化的斷層的角度范圍就越大。另外根據(jù)不同摩擦系數(shù)下斷層強(qiáng)度與斷層角度的關(guān)系（圖13），不難發(fā)現(xiàn)在相同深度條件下，斷層摩擦系數(shù)越小，相同的注水壓力可能引起活化的斷層的角度范圍就越大。與此同時(shí)，摩擦系數(shù)越大，相同的注水壓力對斷層強(qiáng)度的弱化程度越明顯。誘發(fā)地震的震源機(jī)制分析表明發(fā)震斷層方向、傾角及滑動(dòng)角散布在較大范圍內(nèi)（張致偉等，2012），與上述理論分析及假設(shè)吻合。

5 討論與結(jié)論

本研究通過綜合分析蜀南地區(qū)典型誘發(fā)地震序列的研究成果認(rèn)識到，較大注水誘發(fā)地震基本點(diǎn)都是已存斷層的活化所致。野外考察及石油地質(zhì)資料揭示這些斷層具有相對位移量小、成熟度低、處于亞臨界應(yīng)力狀態(tài)等特點(diǎn)。尺度較小的斷層往往多發(fā)育在相對脆性的白云巖、白

圖12 斷層重新活動(dòng)條件圖顯示斷層強(qiáng)度與斷層角度（及斷層面與最大主應(yīng)力軸之間的角度，在逆斷層應(yīng)力條件下即斷層傾角）的關(guān)系；表示在同一深度初始孔隙壓越高，相同的注水壓力可能引起活化的斷層的角度范圍就越大（a）；表示在初始孔隙壓為覆蓋壓的0.5倍（略高于靜水壓）時(shí)，深度越淺，相同的注水壓力可能引起活化的斷層的角度范圍就越大（b）Fig.12 Fault reactivation plots showing fault strengths against the angle between directions of maximum principal stress and fault plane，which are the dip angle in reverse fault stress regime.In conditions of shallower depth and higher pore pressure，injection pressure may reactivate faults of wider range of orientation.

云質(zhì)灰?guī)r及砂巖巖層，而在相對塑性的泥巖、頁巖及膏巖地層較少。對現(xiàn)場采集的典型巖石標(biāo)本進(jìn)行了三軸壓縮破壞實(shí)驗(yàn)，通過軸壓連續(xù)加載或水壓致裂到巖石破壞。對個(gè)別標(biāo)本，在斷層形成后，還持續(xù)了一定時(shí)間以觀測斷層滑動(dòng)特征。四川盆地主要沉積巖儲藏系統(tǒng)地層巖石具有不同程度的脆性破壞特征，尤其是白云巖、震旦系頁巖、致密砂巖在破壞過程中產(chǎn)生大量聲發(fā)射事件。新生的斷層具有較復(fù)雜的斷層幾何及粗糙度，在進(jìn)一步滑動(dòng)過程中產(chǎn)生大量聲發(fā)射事件。實(shí)驗(yàn)雖然是在相當(dāng)于地下1km深處的溫度壓力條件下進(jìn)行的，但在幾km深度范圍以內(nèi)不會有本質(zhì)性差異?？紫堵蚀?、滲透率大、強(qiáng)度低的砂巖及灰?guī)r總體呈延性破壞特征，另外泥巖類也普遍表現(xiàn)為延性破壞（Lei et al．，2000b）。這就從巖石力學(xué)的角度揭示了四川盆地的油氣田容易發(fā)生注水誘發(fā)地震的條件?；谀?庫侖破壞準(zhǔn)則的斷層活化分析，幾個(gè)MPa量級的流體壓力的增加，足以導(dǎo)致處在亞臨界應(yīng)力狀態(tài)的不同走向和傾角的斷層活動(dòng)。

圖13 不同摩擦系數(shù)下斷層強(qiáng)度與斷層角度的關(guān)系；同一深度摩擦系數(shù)越小，相同的注水壓力可能引起活化的斷層的角度范圍就越大；與此同時(shí)，摩擦系數(shù)越大，相同的注水壓力對斷層強(qiáng)度的弱化程度越明顯Fig.13 Fault reactivation plots showing strength of faults against the angle between directions ofmaximum principal stress and fault plane with different frictional coefficients.

四川盆地油氣儲層具有軟硬相間的地層結(jié)構(gòu)，大多與沉積蓋層中的背斜有關(guān)。油氣藏內(nèi)部多為相對脆性的巖層（如砂巖、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r），普遍發(fā)育不同規(guī)模的層內(nèi)斷層。油氣藏邊緣往往受尺度較大、貫穿不同地層的斷層控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相對脆性巖層中的小斷層在進(jìn)一步滑動(dòng)時(shí)有利于產(chǎn)生失穩(wěn)，而那些跨越軟硬相間地層的較大斷層同樣受脆性地層的控制也會顯示一定的脆性破壞特征。一般情況下，一條幾km尺度的斷層便足以產(chǎn)生M 5級別的中強(qiáng)地震。另外，四川盆地東接穩(wěn)定的華南地塊，西鄰構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈的青藏高原，區(qū)域應(yīng)力水平相對較高（盡管構(gòu)造加載速度很低）。這些條件使得該區(qū)具有易發(fā)注水誘發(fā)地震及破壞性中強(qiáng)地震的可能。有必要在對注水孔周圍的破裂及斷層構(gòu)造的空間分布、尺度大小及力學(xué)性質(zhì)上的特征有了基本了解的條件下，通過注水?dāng)?shù)值模擬（Li et al．，2006，2007）、監(jiān)測注水誘發(fā)地震的時(shí)空演化及建立適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)模型，實(shí)現(xiàn)誘發(fā)地震的統(tǒng)計(jì)預(yù)測，指導(dǎo)注水操作而達(dá)到減少災(zāi)害性地震發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。這些將是進(jìn)一步研究的方向。

致謝 感謝評審人的建設(shè)性修改建議。費(fèi)文斌和井淼參加了野外考察取樣，致以謝意。

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ROLE OF IMMATURE FAULTS IN INJECTION-INDUCED SEISM ICITY IN O IL／GAS RESERVO IRS—A CASE STUDY
OF THE SICHUAN BASIN，CH INA

LEIXing-lin1，2）LIXia-ying3）LIQi3）MA Sheng-li1）FU Bi-hong4）CUIYin-xiang3）

1）State Key Laboratory of Earthquake Dynamics，Institute of Geology，China Earthquake Administration，Beijing 100029，China
2）Geological Survey of Japan，AIST，Tsukuba 305-8567，Japan
3）State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering，Institute of Rock and Soil Mechanics，Chinese Academy of Sciences，Wuhan 430071，China
4）Institute of Remote Sensing and Digital Earth，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100094，China

In order to understand the role of underdeveloped immature small faults and conditions of the occurrence ofmedium-size earthquakes induced by fluid injection into deep reservoirs，we carry out an integrated study involving geological survey of small faults，seismological investigation of typical cases of injection-induced seismicity，and rock fracture test in laboratory.At first，we briefly summarize the general features of several important cases of injection-induced seismicity in gas／oil reservoirs in the Sichuan Basin，China.It is suggested that major induced earthquakes，especially those of a moderate size，result from the reactivation of pre-existing faults.We also present some pieces of field and petrologic evidence showing such small faults exist widely in reservoirs and are important channels for fluid m igration.Then，we present experimental results with a focus on theformation and the after-slip of fault in typical sedimentary rocks under tri-axial compression.Finally，methodology for risk assessment and injection management is discussed based on insights gained from the integrated approaches.

Our results are helpful for understanding the question—why injection-induced seismicity is so significant in the Sichuan Basin.Major Pre-Triassic sedimentary rocks，including dolom ite，shale，and dolom itic limestone are strong and demonstrating brittle fracturing behaviors.Such properties are necessary conditions for maintaining high level of reservoir stress and leading to seism ic fracturing. Insights gained from this study may shed some lights to the general earthquake seismology and provide a better understanding of why damaging injection-induced earthquakes occur so that they can either be avoided or bemitigated.In general，existing of critically or sub-critically stressed faults of a dimension of a few kms is a necessary condition for M～5 level earthquakes.In addition，AE，or in other words，micro-seism icity monitoring is useful in risk assessment and injection management and should be fully utilized in injection app lications.

injection-induced seismicity，fault reactivation，oil／gas reservoir，Sichuan Basin，rock fracture experiment，acoustic em ission

P315.9

A

0253-4967（2014）03-0625-19

雷興林，男，1963年出生，1983年畢業(yè)于武漢地質(zhì)學(xué)院，1990年在國家地震局地質(zhì)研究所獲得大地構(gòu)造物理專業(yè)博士學(xué)位，現(xiàn)為日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所上級研究員、地震動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室客座研究員，主要從事多尺度多手段巖石力學(xué)及地震學(xué)相關(guān)研究，E-mail：xinglin-lei＠aist.go.jp。

10.3969／j.issn.0253-4967.2014.03.007

2014-06-13收稿，2014-08-19改回。

地震動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（LED2011B06）和國家自然科學(xué)基金（41274111）共同資助。