矿区注水压裂诱发断层活化及震动响应机制试验
蔡武1
汪林志1
王志驿1
LEE J. Hosking2
焦彪3
史星星3
1.中国矿业大学 煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室,江苏 徐州 221116;中国矿业大学 矿业工程学院,江苏 徐州 2211162.布鲁内尔大学 土木与环境工程系,英国 伦敦 UB8 3PH3.陕西彬长胡家河矿业有限公司,陕西 咸阳 713600
摘要：矿区断层活化诱发冲击地压与矿震危害大,地面注水压裂作为调控断层活化减震技术极具潜力,但其诱发断层活化/滑移的力学驱动过程及其震动响应规律尚不明确.以注水压裂钻孔与断面连通和不连通 2种现场工况为研究背景,开展了真三轴应力条件下注水压裂诱发断面滑移试验研究.首先,制备断面倾角45°、注水压裂钻孔与断面连通和不连通2种断面试样,尺寸为150 mm×150 mm×150 mm;然后,采用自主研发的真三轴应力加载系统模拟临界断面滑移应力环境,其中,连通试样应力环境为 10、12、20 MPa,不连通试样为 5、6、10 MPa;试验期间,全程监测断面滑移位移、注水速率、注水压力、声发射等参数,试验结束后采用CT技术对不连通试样进行三维裂隙扫描;最后,结合声发射时空分布、震源机制反演、CT扫描探测、力学机制等分析,证实了孔隙压力主导型和孔隙弹性耦合主导型 2种注水压裂诱发断层活化/滑移的力学机理及其震动响应规律.结果表明:注水压裂全程可产生孔隙弹性耦合主导型断层滑移,期间在注水初期孔底部产生应力集中形成初始裂隙,然后压裂裂隙沿初始裂隙扩展,并沿垂直于断面切向应力方向发育延伸,直至与断面贯通诱发孔隙压力主导型断层滑移;断层滑移的震源类型主要表现为压缩剪切型,注水压裂破坏的震源类型主要表现为拉伸剪切型,对应的声发射事件均主要分布在断面及注水孔底附近;断层摩擦因数随着注水速率的变化会产生及时响应,以维持断层稳态滑移,且随着注水速率的增加呈现出先增加后减小的规律,验证了注水速率调控断层滑移速率的可行性,同时,分析得出低渗透地层调控断层滑移采用断层直接注水效果更好,高渗透地层采用注水压裂调控效果更优.研究结果可为断层附近注水压裂及其诱发断层活化/滑移信号的震动类型识别与诱发地震调控提供参考.
关键词：断层活化注水压裂震动响应声发射监测震源机制
分类号：TD324(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(52374101)江苏省国际科技合作/港澳台科技合作计划重点国别产业技术研发合作项目(BZ2024024)江苏省研究生科研与实践创新计划资助项目(KYCX24_2857)
论文发表日期：2025-12-31
在线出版日期：2026-01-16（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：16( 5329-5344 )
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