CO2注入多断裂切穿型含水层的地质力学响应
谢健1
刘佳旭2
陈逸杰2
1.中国成都 610059 成都理工大学环境与土木工程学院;中国成都 610059 地质灾害与地质环境保护全国重点实验室2.中国成都 610059 成都理工大学环境与土木工程学院
摘要：CO2地质埋存(GCS)是各国缓解温室气体效应、实现"双碳目标"的重要手段.然而,向地层中大规模或过大速率地注入CO2可能使注入地层超压,进而改变断层或先存裂缝的抗剪强度,引起地面变形和诱发地震,给GCS 工程带来环境风险.评估CO2注入引起的地质力学效应是GCS风险评估不可或缺的内容.本研究基于夹杂理论和格林函数方法,发展了前人的单断层力学评估方法,使其能够评估三条断层切穿型储层的大规模CO2注入问题.基于本研究提出的解析解开发了函数封装的模块化PYTHON脚本工具程序,使之可采用库仑破坏应力评估断层滑动段的埋深分布和断层最大滑动段长度,进而初步评估不同注入工况和场地条件下可能引发的最大诱发地震震级,识别最大诱发地震震级的主要受控因素.基于对案例解析解的分析得出以下几点结论:注入使得水平位移集中在断层左右同时与储层和围岩(上覆和下伏地层)接触的埋深段,而垂向位移随深度匀滑递变;由于侧限作用,注入导致储层同时向盖层和底层两个方向膨胀;注入导致储层内水平方向的应变增量为负而垂向应变增量为正,水平正应变显著集中于断层上盘的下伏围岩和断层下盘的上覆围岩中,垂直正应变亦有类似规律但符号相反;储层膨胀导致储层内岩石受压缩正应力作用.水平正应力仅在断层上盘的储层下伏围岩和断层下盘的储层上覆围岩中局部范围为正值,而垂直正应力在断层与储层相交段的附近围岩区出现应力集中,可见这些部位围岩受拉张作用.CO2注入导致切应力增量在断层的四个奇异点附近集中.断层地震风险(最大滑动段长度、最大诱发地震震级)与断层相对于注入中心的距离有关,受控的主要力学参数包括Biot系数、泊松比以及初始应力和孔隙压力.
关键词：断裂型含水层CO2注入夹杂理论格林函数地质力学断层稳定性
分类号：P315.3+3(大地（岩石界）物理学（固体地球物理学）)
资助基金：国家自然科学基金(4247011332)
论文发表日期：2025-09-30
在线出版日期：2025-10-29（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：28( 649-676 )
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