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施工前模擬可減少壓裂誘發(fā)地震*

劉文浩※編譯

(中國科學(xué)院蘭州文獻(xiàn)情報中心，蘭州730000)

2015年11月26日，《加拿大巖土工程學(xué)報》(Canadian Geotechnical Journal)發(fā)表文章《針對流體注入誘發(fā)地震活動及激活斷層的離散單元模型》(Discrete element modeling of fluid injection-induced seismicity and activation of nearby fault)，稱德國地球科學(xué)研究中心的研究人員首次開發(fā)出了一款最新模型，可以通過計算機模型預(yù)測水壓致裂注水之后可能誘發(fā)的地震活動，從而根據(jù)模擬結(jié)果避免持續(xù)注水產(chǎn)生的嚴(yán)重后果。

水力壓裂法，也被稱為“水壓致裂法”，就是利用地面高壓泵，通過井筒向油層擠注具有較高粘度的壓裂液，最終使油層與井筒之間建立起一條新的流體通道，提高油氣井產(chǎn)量的一種方法。 雖然該方法可以使油氣通過更多路徑到達(dá)生產(chǎn)井，但是，也由此引發(fā)了一系列環(huán)境問題。 其中最重要的一個影響是，由于大的斷層塊體移動而產(chǎn)生的地面強烈震動。 又因許多增強型地?zé)嵯到y(tǒng)(enhanced geothermal system，EGS)或烴萃取操作都發(fā)生在斷層附近，因此，對水壓致裂鉆探之前的地震評估顯得尤為重要。

來自德國的研究人通過流體力學(xué)耦合離散單元模型，提出了一個計算機數(shù)值模擬工具，可以用來在鉆探前評估水壓致裂的影響。 模擬研究發(fā)現(xiàn)，少量的流體壓力可以觸發(fā)斷層破裂，這種破裂誘發(fā)的地震比斷層滑動破裂引發(fā)地震的b值(震級和頻度關(guān)系的比例系數(shù)，代表一定區(qū)域內(nèi)不同大小地震頻數(shù)的比例關(guān)系)要高，而且針對地?zé)岷晚搸r氣行業(yè)的觀測數(shù)據(jù)結(jié)果也十分相似，因此，離散單元模型可以用作預(yù)測由原位鉆探引發(fā)的地震的強度。

研究人員稱，通過模擬，水壓致裂行業(yè)人員可以很好預(yù)測流體注入后將會對斷層系統(tǒng)的運動產(chǎn)生怎樣的改變，這些發(fā)現(xiàn)對頁巖氣開采時，在斷層附近誘導(dǎo)產(chǎn)生的異常地震活動的判斷十分有利。 研究人員呼吁，國家監(jiān)管機構(gòu)必須要求相關(guān)行業(yè)在鉆探之前進(jìn)行這種數(shù)值模擬，以評估潛在地震危險，從而避免由于流體注入誘發(fā)更大強度的地震事件。

文獻(xiàn)來源： Yoon J S，Zimmermann G，Zang A，et al. Discrete element modeling of fluid injection-induced seismicity and activation of nearby fault. Canadian Geotechnical Journal，2015，52(10): 1457-1465. doi:10.1139/cgj-2014-0435.

中圖分類號：P315.72+3；

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：D；

doi:10.3969/j.issn.0235-4975.2016.02.004

通訊作者：※劉文浩，e-mail: liuwh@llas.ac.cn。

* 收稿日期：2015-12-03； 采用日期： 2015-12-15。