雄安容城深热储层回灌注水诱发断层失稳危险性研究

作     者：朱思雨 丰成君 谭成轩 马晓冬 孟静 戚帮申 张重远 ZHU Siyu;FENG Chengjun;TAN Chengxuan;MA Xiaodong;MENG Jing;QI Bangshen;ZHANG Chongyuan

作者机构：中国地质科学院地质力学研究所北京100081 新构造运动与地质灾害重点实验室北京100081 苏黎世联邦理工学院地球科学系瑞士苏黎世8092 

出 版 物：《岩石力学与工程学报》 (Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering)

年 卷 期：2022年第41卷第S01期

页      面：2735-2756页

核心收录：

学科分类：070801[理学-固体地球物理学] 07[理学] 0708[理学-地球物理学] 

基　　金：国家自然科学青年基金项目(41702341,41807222) 中国地质调查局项目(DD20190317) 

主　　题：岩石力学 地应力 深部热储层 回灌注水 断层滑动概率 雄安新区 

摘      要：雄安新区地热资源丰富,未来大规模开发利用深部热储资源对建设绿色雄安、减轻首都圈环境污染、改善京津冀能源结构等具有重要的战略意义。雄安新区内分布容城、牛东及徐水—大城等第四纪隐伏断层,未来开采蓟县—长城系热储时,回灌注水是否会对上述断层稳定性产生影响,目前暂无相关研究成果报道。以雄安容城热储区为例,首先,基于已有地应力数据初步确定容城热储区初始地应力场,依据莫尔–库仑破裂准则研判近场隐伏断层的初始稳定状态;其次,选用Hsieh and Bredehoeft水文模型,计算代表性深地热井未来回灌注水引起的超孔隙水压力分布特征;然后,考虑该超孔隙水压力作用,采用断层滑动失稳概率评价方法,分析不同注水时段近场隐伏断层的滑动失稳危险性;最后,重点探讨注水速率、注水时间以及地热抽采对诱发断层失稳危险性的影响。研究结果表明:(1)容城凸起边界断层附近约3 km范围内,代表性深地热井在171 m^(3)/h回灌注水条件下,回灌注水40 a产生的超孔隙水压力值不超过12 MPa,且随着距离注水井位置增大向外扩散呈“幂函数规律逐渐递减,影响范围一般不超过9 km;(2)回灌注水对容城凸起西边界断层中段(F9–2段)稳定性影响较显著,而对其他隐伏断层的影响不明显;(3)F9–2分段断层的滑动失稳概率随注水时间增长基本呈“指数函数规律非线性增大,随注水速率增加也呈“指数函数规律非线性增大,在171 m^(3)/h回灌注水条件下,回灌注水至2070年,F9–2分段断层滑动失稳概率为33.16%,具有较高的失稳风险;(4)容城凸起边界断层附近深地热井持续抽采能导致储层岩体最小水平主应力降低、最大差应力增大,F9–2分段断层应力积累水平逐渐接近临界失稳状态,未来深部地热持续抽采对近场断层稳定性的影响也应值得关注。