人为的关键因素
人为，即所谓的诱发活动，已引起越来越多的关注。这些事件可能发生在流体注入或提取过程中，例如在石油或天然气储层、废水处理或地热储层中。在少数情况下，较大的所谓“失控诱发”强度足以引起公众关注并停止项目(例如2006年巴塞尔/瑞士)，甚至造成重大损失(2017年浦项/韩国)。然而，深入的研究已经成功地避免了此类失控事件，例如 2018 年赫尔辛基地热项目。系统地避免大型诱发的关键是更好地了解潜在的物理过程。
在《国家科学院院刊》上发表的一项新研究中，GFZ“地质力学和科学钻井”部门的王磊博士及其同事以及挪威奥斯陆大学的研究人员报告说，预钻的粗糙度-地质储层中现有的断层和相关的应力异质性在造成此类失控事件中发挥着关键作用。该研究将 GFZ 地质力学实验室进行的声学监测下的新型流体注入实验与数值模拟结果结合起来。“我们发现，在实验室实验中，岩石中粗糙和光滑的断层表现完全不同。这是一个令人兴奋的观察结果，因为我们证明了微震活动的渐进定位，表明在流体注入过程中发生大型诱发事件之前应力转移”，设计并进行实验和建模的第一作者王博士说。
实验室中的注入诱发活动凸显了断层粗糙度的重要作用
沿构造断层的活动断层和裂缝以及地质储层中预先存在但不活动的断层的粗糙度很难表征。为了克服在对自然界中的此类断层进行成像或监测时分辨率不足的问题，研究小组将尺寸“缩小”到分米级，准备具有定义的表面粗糙度的实验室断层。然后使用三轴 MTS 压缩装置将它们加压至接近临界应力状态。岩石样本还配备了多个传感器，包括基于压电的实验室仪，用于监测数千次微小，即所谓的声发射，表明加压岩石在破裂之前内部的变形。然后将流体注入样品中，模拟地质储层中的流体注入。“控制边界条件并在实验室中使用密集的监测网络，使我们能够对实验室诱发的演化以及缓慢的抗震变形进行成像，并得出断层滑动和滑动速率等关键参数，为更好地提供全面的图像。 GFZ 地质力学和科学钻井部门的教授 Georg Dresen 负责监督并发起了这项研究，他说：“了解注入诱发活动的物理原理”。
与光滑断层相比，粗糙断层上的注入引起的滑动会在高应力粗糙体周围产生空间局部的声发射簇。正是在那里，诱发的局部滑移率较高，伴随着较大事件的数量相对较多。这种机制通常以“古腾堡-里希特 b 值”来衡量，作为压力的衡量标准。流体注入首先通过缓慢的抗震滑动重新激活断层块，仅引起少量和小型事件，然后逐步定位，最终导致大型诱发事件。“这项研究对诱发具有重要意义：这意味着当实时监测地质储层中的流体注入时，这可能允许在更大的诱发事件形成之前识别这种定位过程，从而避免它们”，教授说。 Marco Bohnhoff，GFZ 地质力学和科学钻井部门负责人。
实验室规模和现场规模诱发活动之间的相似之处
为了进一步研究实验室实验与地质储层的相关性，作者编制了广泛的诱发活动数据集，研究了实验室规模和现场流体注入实验中发射的能量作为水力能量的函数，以及例如来自水库规模的水力压裂、来自世界各地的地热和废水处理项目。注入效率值(即中发出的能量与通过流体注入进入系统的液压能之比)将压力控制破裂与失控破裂区分开来。与具有高注入效率的失控事件相比，表现出扩展的压力控制破裂的诱发活动通常表现出低得多的注入效率。王博士强调，“我们的实验室观察结果与那些与压力控制破裂相对应的现场规模诱发有相似之处，这一点反映在我们的实验中，诱发断层滑动在我们停止流体注入后不久就终止了”。
目标是最终控制和避免大
这项研究是最近启动的一项研究计划的一部分，旨在更好地预测地质储层中的诱发，并最终预测大型灾难性自然。该计划的一部分是将现场规模的过程带入实验室，在实验室中可以控制边界参数并可以重现导致事件的过程。Marco Bohnhoff 总结道：“只有新颖的数据处理方法和调整经典学方法来分析(现在也在实验室中)，才能构成更详细地了解岩石变形过程的基础。王和他的合著者现在发表的研究成果具有减轻人为灾害的潜力，这是利用地质地下能源储存和提取作为灾害关键要素时获得公众接受的先决条件。能源转型。”
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