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亚博电子官网通讯作者为研究员李琦

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  作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,亚博电子官网人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。更多简介 +

  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于北京,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢,是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

  中国科学院紫金山天文台(中国科大天文与空间科学学院)2021年招收攻读博士学位研究生报名公告

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  2020年南昌大学-中国科学院稀土研究院“稀土专项”联合培养博士研究生“申请-考核”制招生公告

  二氧化碳地质封存过程中,超临界流体的地层注入显著降低封存场地的有效应力,引起的超压可能影响场地内部断层的稳定性,进而诱发断层活化或地震活动。根据储层内诱发地震的时空分布及规模,结合其形成过程中的流体—岩石相互作用将诱发地震分为三类:(1)储层内部局部孔隙水压力的上升导致有效应力降低,产生裂隙,此类地震震级多小于3级。(2)储层内部抽水引起孔隙水压力降低,并在多孔弹性介质中传递至周围区域,在数公里范围内的储层上部或下部诱发地震,此类地震震级多小于5级。(3)储层内部大规模的油气开采并伴有上部地层的加载/卸载作用,此类地震震级多大于6级。流体抽注导致的断层活化是涉及多场多尺度耦合及多孔多裂隙介质非线性变形的复杂地质过程,需综合断层带的岩性特性及其初始应力和扰动应力场进行综合分析。

  基于以上科学问题,中国科学院武汉岩土力学研究所通过建立交通信号灯指示因子来评估流体注入诱发地震的风险。研究考虑注入井位置、初始地应力及断层产状诱发地震影响因素,采用数值模拟来研究断层滑移量的大小(图1),进而建立一套交通信号灯指示系统用以预测某些特定情况下断层活化诱发地震的风险大小,并评估每个因子诱发地震活动的统计显著性(图2)。此外,为厘清影响因素与诱发地震震级之间的复杂关系,在交通信号灯指示系统中引入一个安全阈值,以此建立危险面并区分诱发地震活动的危险区域(图3)。

  研究表明,远离注入井的地方孔压增加较小,流体注入诱发的断层滑移呈现相似的趋势,断层面上段部分向下滑移,下端部分向上滑移,并在180米和320米处活动剧烈,所以形成了对断层中间部分(250m左右处)的挤压,使得该处的滑移量为零。埋深较浅时(800~1400m),滑移量会随着埋深增加或多或少地减小,并且当倾角60°,断层滑移量最大。注入井到断层的水平距离D是避免过大诱发地震的关键因素,当D大于350m时,在任何埋深和断层倾角下都不会产生破坏性诱发地震。同时,当D在230m和350m之间变化,由于在一些断层倾角(10°,20°,30°,90°)下诱发断层滑移的减小,大多数中等到深埋(埋深H1196m)储层中流体注入均安全。在浅层储层(H1196m)中当注入井距离断层较小(D230m)时,所有倾角下的断层均在危险区中。

  二氧化碳地质封存过程中,超临界流体的地层注入显著降低封存场地的有效应力,引起的超压可能影响场地内部断层的稳定性,进而诱发断层活化或地震活动。根据储层内诱发地震的时空分布及规模,结合其形成过程中的流体—岩石相互作用将诱发地震分为三类:(1)储层内部局部孔隙水压力的上升导致有效应力降低,产生裂隙,此类地震震级多小于3级。(2)储层内部抽水引起孔隙水压力降低,并在多孔弹性介质中传递至周围区域,在数公里范围内的储层上部或下部诱发地震,此类地震震级多小于5级。(3)储层内部大规模的油气开采并伴有上部地层的加载/卸载作用,此类地震震级多大于6级。流体抽注导致的断层活化是涉及多场多尺度耦合及多孔多裂隙介质非线性变形的复杂地质过程,需综合断层带的岩性特性及其初始应力和扰动应力场进行综合分析。

  基于以上科学问题,中国科学院武汉岩土力学研究所通过建立交通信号灯指示因子来评估流体注入诱发地震的风险。研究考虑注入井位置、初始地应力及断层产状诱发地震影响因素,采用数值模拟来研究断层滑移量的大小(图1),进而建立一套交通信号灯指示系统用以预测某些特定情况下断层活化诱发地震的风险大小,并评估每个因子诱发地震活动的统计显著性(图2)。此外,为厘清影响因素与诱发地震震级之间的复杂关系,在交通信号灯指示系统中引入一个安全阈值,以此建立危险面并区分诱发地震活动的危险区域(图3)。

  研究表明,远离注入井的地方孔压增加较小,流体注入诱发的断层滑移呈现相似的趋势,断层面上段部分向下滑移,下端部分向上滑移,并在180米和320米处活动剧烈,所以形成了对断层中间部分(250m左右处)的挤压,使得该处的滑移量为零。亚博电子官网埋深较浅时(800~1400m),滑移量会随着埋深增加或多或少地减小,并且当倾角60°,断层滑移量最大。注入井到断层的水平距离D是避免过大诱发地震的关键因素,当D大于350m时,在任何埋深和断层倾角下都不会产生破坏性诱发地震。同时,当D在230m和350m之间变化,由于在一些断层倾角(10°,20°,30°,90°)下诱发断层滑移的减小,大多数中等到深埋(埋深H1196m)储层中流体注入均安全。在浅层储层(H1196m)中当注入井距离断层较小(D230m)时,所有倾角下的断层均在危险区中。

  该研究相关成果已在国际温室气体控制技术大会(GHGT-14)上发表并后续发表于期刊International Journal of Geomechanics,通讯作者为研究员李琦。该研究成果主要由国家自然科学基金项目(Nos. 41872210, 41274111, 51809220)和岩土力学与工程国家重点实验室开放基金(No. Z017008)等资助。

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