張建勇 崔振東 周 健 韓偉歌 于 慧 王燚釗

1.中國(guó)科學(xué)院頁(yè)巖氣與地質(zhì)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 2.中國(guó)科學(xué)院地球科學(xué)研究院3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院 4.北京石油化工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院5.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院 6.北京科技大學(xué)土木與資源工程學(xué)院

1 流體注入誘發(fā)地震簡(jiǎn)介

增強(qiáng)型地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)、二氧化碳地質(zhì)封存和頁(yè)巖氣開(kāi)采等深部地質(zhì)工程都需要向深部地層中注入高壓流體。此過(guò)程可能引起斷層活化，誘發(fā)低級(jí)別有感地震[1-7]。這些斷層活化風(fēng)險(xiǎn)除了可能影響深部地質(zhì)工程的正常施工和安全運(yùn)營(yíng)外，還可能對(duì)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全造成不利影響，降低社會(huì)公眾對(duì)于此類(lèi)地下注入流體工程的信任度。因此，研究此類(lèi)地震的機(jī)理、影響因素、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法以及應(yīng)對(duì)措施，平復(fù)學(xué)界各方爭(zhēng)議，給民眾以科學(xué)、清晰的認(rèn)識(shí)迫在眉睫又至關(guān)重要。

20世紀(jì)60年代，Healy等[8]在研究洛基山Arsenal地震序列時(shí)首次提出：向地下深部注入流體可能誘發(fā)地震（圖1[9]）。隨后，Raleigh等[10]在Rangely油田開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)注水試驗(yàn)。首次證明了流體注入壓力增加會(huì)導(dǎo)致地震的產(chǎn)生，并用Hubbert—Rubey有效應(yīng)力原理進(jìn)行了解釋。后來(lái)的工程實(shí)踐中有諸多注入流體誘發(fā)地震案例，美國(guó)及加拿大南部地區(qū)發(fā)生過(guò)幾次震級(jí)較大的注入流體誘發(fā)的地震。例如：2010年Arkansas州的地震矩震級(jí)（MW）4.0級(jí)地震[11-12]，2011年Oklahoma州的MW5.7級(jí)地震[13-14]、2011年Colorado州的MW5.3級(jí)地震[15-16]、2011年Ohio州的MW3.9級(jí)地震[16]，2012年Texas州的MW4.8級(jí)地震[17]。

我國(guó)也有流體注入誘發(fā)地震的案例發(fā)生[18]。四川盆地作為我國(guó)主要的油氣產(chǎn)區(qū)之一，有多處注水采氣井及廢水回注井。比如，四川盆地某國(guó)家級(jí)頁(yè)巖氣開(kāi)采示范區(qū)歷史上地震活動(dòng)頻率較低，隨著頁(yè)巖氣的開(kāi)采，近年來(lái)在該地區(qū)監(jiān)測(cè)到的地震活動(dòng)頻率顯著增加；四川盆地西南部某地區(qū)1988—2006年向地層深部注入廢水超過(guò)100×104m3，該項(xiàng)注水工作已引發(fā)了超過(guò)32 000次有地表記錄的地震。

在流體注入活動(dòng)誘發(fā)地震獲得越來(lái)越多關(guān)注的同時(shí)，斷層活化的機(jī)理、影響因素、判別標(biāo)準(zhǔn)以及斷層活化的致災(zāi)模型[19]等方面的研究也取得了諸多進(jìn)展。此類(lèi)研究有助于探明適于進(jìn)行地下注入活動(dòng)的場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，研究?jī)?chǔ)層各項(xiàng)物理力學(xué)性質(zhì)對(duì)斷層活化的影響，并產(chǎn)生用于指導(dǎo)實(shí)際地下流體注入工程的指南和規(guī)范，從而科學(xué)平衡風(fēng)險(xiǎn)與效益，讓地下流體注入工程為人類(lèi)造福。

2 斷層活化影響因素及關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)

注入活動(dòng)誘發(fā)地震受諸多因素共同控制，比如：流體注入速率及注入量、儲(chǔ)層巖石的物理力學(xué)性質(zhì)、斷層的展布與幾何形態(tài)、斷層所在區(qū)域地應(yīng)力狀態(tài)等。針對(duì)不同影響因素，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們運(yùn)用了諸多手段加以研究，不同因素對(duì)斷層活化風(fēng)險(xiǎn)的影響存在較大差異。

2.1 流體注入速率及注入量

流體的總注入量是影響斷層活化極為重要的因素。在注入過(guò)程中，隨著總注入量的增加，注入壓力增大，巖層的孔隙水壓力增大，使得斷層面上有效應(yīng)力降低，導(dǎo)致斷層活化風(fēng)險(xiǎn)增大。Nicol等[20]對(duì)北美地區(qū)30處注水誘發(fā)地震場(chǎng)址的注水資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出誘發(fā)地震震級(jí)大小與流體總注入量呈正相關(guān)，其相關(guān)方程為：

式中y表示地震震級(jí)，級(jí)；x表示總注入量，1 000 m3。

在現(xiàn)場(chǎng)施工中，流體注入速率與注入量是工程技術(shù)人員關(guān)注的重點(diǎn)。張致偉等[21]在四川某地區(qū)注水誘發(fā)地震的研究中，2009年1—7月，地震活動(dòng)頻次隨注水壓力升高而增大，譜振幅相關(guān)系數(shù)由0.84增加至0.92，誘發(fā)地震頻次與注水壓力呈現(xiàn)良好的相關(guān)性。

由上述分析可知，當(dāng)其他條件相同時(shí)，注入速率越大，斷層活化的可能性越高；另一方面，長(zhǎng)時(shí)間以低速率注入流體也會(huì)導(dǎo)致斷層活化，流體沿儲(chǔ)層向斷層區(qū)域擴(kuò)散，在斷層處積累了較強(qiáng)的孔隙壓力，此時(shí)斷層活化所觸發(fā)的地震震級(jí)往往高于高速率注入所誘發(fā)的地震。

2.2 斷層的地應(yīng)力條件

斷層區(qū)域的地應(yīng)力條件是斷層受力狀態(tài)的主控因素，也是斷層活化最為敏感的因素。對(duì)于注入流體誘發(fā)斷層活化，斷層發(fā)生剪切破壞的潛力要遠(yuǎn)大于拉張破壞。因此，斷層處的水平應(yīng)力越大，越能起到限制斷層剪切滑移的側(cè)限作用[22]。

基于上述結(jié)論，學(xué)者們研究了斷層的橫縱應(yīng)力比對(duì)斷層活化的影響。在其他條件保持不變的情況下，改變斷層區(qū)域的橫縱應(yīng)力比，對(duì)比斷層滑移距離的變化。斷層所在位置的橫縱應(yīng)力比越大，水平應(yīng)力越高，斷層活化的可能性越小，即水平地應(yīng)力起到限制斷層剪切滑移作用[23]。

2.3 斷層巖石滲透率

不同滲透率的斷層在注水過(guò)程中表現(xiàn)的差別很大。流體沿著巖層內(nèi)部的節(jié)理裂隙等通道從注水井向周?chē)鷶U(kuò)散，斷層滲透率越低，流體越容易在斷層處富集，導(dǎo)致斷層區(qū)域孔隙水壓力增大，進(jìn)而誘發(fā)斷層活化。

Figueiredo等[23]通過(guò)TOUGH-FLAC水力耦合軟件分析了滲透率對(duì)斷層活化的影響，在兩條斷層中間注水，改變斷層巖石的滲透率，統(tǒng)計(jì)不同滲透率下斷層活化情況（表1）。分析表明，在其他條件相同時(shí)，滲透率越低（小于10－3mD）的斷層，流體更容易在斷層處富集，誘發(fā)斷層活化的風(fēng)險(xiǎn)更高。

表1 不同初始滲透率對(duì)斷層活化影響分析數(shù)據(jù)表[23]

2.4 斷層的類(lèi)型及產(chǎn)狀

斷層的類(lèi)型及產(chǎn)狀影響地應(yīng)力與斷層的相互作用方式，進(jìn)而影響斷層活化風(fēng)險(xiǎn)。Swierczek等[24-25]以澳大利亞Gippsland盆地不同性質(zhì)的斷層為模型建模，在相同條件下注入CO2，監(jiān)測(cè)3種不同類(lèi)型斷層的滑移情況。由于不同類(lèi)型的斷層與地應(yīng)力相互作用方式不同，因此，注入CO2誘發(fā)斷層活化的臨界孔隙壓力也不同。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，走滑逆斷層臨界孔隙壓力為2 MPa，走滑斷層為4 MPa，逆斷層為6 MPa。同時(shí)，由受力分析可知，高傾角斷層發(fā)生活化的可能性也要比低傾角斷層大得多。

3 斷層活化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

3.1 基于摩爾—庫(kù)倫準(zhǔn)則的基本理論解釋方法

將CO2等流體注入地層內(nèi)部的脆性巖石中，會(huì)極大地提高誘發(fā)地震的風(fēng)險(xiǎn)。脆性介質(zhì)內(nèi)部的斷層和裂隙為液體在其內(nèi)部的流動(dòng)提供了高滲透性的通道。因此，在已有斷層存在的地質(zhì)條件下，孔隙流體壓力的變化成為引起地震活動(dòng)的關(guān)鍵[26]。

基于此，斷層活化的力學(xué)機(jī)制可以用有效應(yīng)力理論解釋?zhuān)綖椋?/p>

式中τn表示斷層面上抗剪強(qiáng)度，MPa；μ表示斷層面的內(nèi)摩擦系數(shù)，無(wú)量綱；σn表示斷層面上的正應(yīng)力，MPa；p表示孔隙水壓力，MPa；c表示黏聚力，MPa。

引入活化趨勢(shì)因子（Reactivation Tendency Factor）公式為：式中fR表示活化趨勢(shì)因子，無(wú)量綱；τ0表示斷層固有抗剪強(qiáng)度，MPa。

斷層活化的力學(xué)機(jī)制可用圖2[27]三維應(yīng)力莫爾圓解釋?zhuān)⑷肓黧w使得斷層面上的孔隙水壓力p增大，有效正應(yīng)力(σn－p)降低，導(dǎo)致斷層面的抗剪強(qiáng)度[μ(σn－p)＋c]降低。當(dāng)作用于斷層面上的剪應(yīng)力高于其抗剪強(qiáng)度，即fR＞1時(shí)，斷層發(fā)生剪切滑動(dòng)，導(dǎo)致斷層活化進(jìn)而誘發(fā)地震。

圖2 用三維應(yīng)力莫爾圓判斷斷層活化過(guò)程力學(xué)機(jī)理圖[27]

美國(guó)俄亥俄州Perry地區(qū)地震事件是應(yīng)用摩爾—庫(kù)倫原理解釋注水誘發(fā)地震的典型案例。圖3是結(jié)合該地區(qū)注水資料以及地應(yīng)力資料繪制的應(yīng)力莫爾圓[28]，隨著流體不斷注入，斷層面的孔隙水壓力增大，有效應(yīng)力減小，莫爾圓沿著橫軸向左移動(dòng)。當(dāng)莫爾圓觸及摩爾—庫(kù)倫破壞包線，斷層發(fā)生滑移。

圖3 美國(guó)俄亥俄州Perry地區(qū)地震事件的應(yīng)力莫爾圓解釋圖[28]

3.2 臨界孔隙壓力預(yù)測(cè)法

由有效應(yīng)力原理可知，觸發(fā)斷層活化的關(guān)鍵在于最大流體壓力增量。若能確定某一斷層發(fā)生活化的臨界孔隙壓力值，則可對(duì)實(shí)際流體注入工程起到指導(dǎo)作用。巖層所處的地應(yīng)力體系是影響斷層受力狀態(tài)的外因，斷層的黏聚力以及內(nèi)摩擦角等性質(zhì)是影響斷層最大孔隙壓力增量的內(nèi)因。將兩因素結(jié)合運(yùn)用到斷層活化臨界孔隙壓力的分析中，是評(píng)判斷層活化風(fēng)險(xiǎn)的新思路。Wiprut和Zoback等[29-31]提出臨界孔隙壓力法（以下簡(jiǎn)稱(chēng)CPP法）評(píng)估斷層活化風(fēng)險(xiǎn)（圖4-a）。在已知斷層區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)、孔隙壓力、斷層傾向以及斷層巖石的摩爾包線的情況下，綜合考慮斷層的持水度（σ3－p）、滑移趨勢(shì)（τ/σn'）、膨脹趨勢(shì)（σ1'－σn'）/（σ1'－σn'）以及摩爾—庫(kù)倫破壞準(zhǔn)則等一系列方法[32]，計(jì)算出臨界孔隙壓力。此方法沒(méi)有考慮斷層的黏聚力，故誘發(fā)斷層活化的最大孔隙壓力增量（?p）過(guò)于保守。因此，Mildren等[33-34]提出考慮斷層黏聚力的最大流體壓力增量方法（以下簡(jiǎn)稱(chēng)FAST法）。由于考慮黏聚力，因此摩爾庫(kù)倫破壞曲線上移，臨界孔隙壓力（?p）增大，如圖4-b所示。

Lee等[35]實(shí)地取樣測(cè)得斷層巖石的物理力學(xué)參數(shù)及所處地應(yīng)力狀態(tài)數(shù)據(jù)，利用CPP法對(duì)韓國(guó)Pohang盆地注入CO2誘發(fā)斷層活化風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了數(shù)值模擬預(yù)測(cè)。在不考慮斷層的黏聚力時(shí)，數(shù)值模擬的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在μ=0.25時(shí)，該斷層的臨界孔隙壓力為3 MPa；μ=0.6時(shí)，臨界孔隙壓力為10 MPa。Ruth等[36]使用FAST方法對(duì)澳大利亞Gippsland盆地注入CO2誘發(fā)斷層活化進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果顯示，此處無(wú)黏聚力斷層的臨界孔隙壓力為3.8 MPa，愈合斷層的臨界孔隙壓力為15.6 MPa。上述兩種方法需要實(shí)地測(cè)量斷層的各項(xiàng)物理力學(xué)參數(shù)，從而得到誘發(fā)斷層活化的大致臨界孔隙壓力預(yù)測(cè)值。此預(yù)測(cè)值可以用來(lái)判斷不同斷層活化風(fēng)險(xiǎn)的相對(duì)大小，由于黏聚力和內(nèi)摩擦角難以準(zhǔn)確測(cè)量等問(wèn)題，若將預(yù)測(cè)值用于指導(dǎo)實(shí)際流體注入工程，其準(zhǔn)確性尚存疑。

3.3 三維評(píng)估法

以往對(duì)斷層活化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法多是針對(duì)某一具體斷層，對(duì)包含諸多斷層的場(chǎng)地區(qū)塊安全性分析不具有普適性。對(duì)場(chǎng)地內(nèi)諸多斷層的活化風(fēng)險(xiǎn)性分級(jí)，可從中找出危險(xiǎn)區(qū)域。Sibson[37]最早提出根據(jù)斷層橫縱有效應(yīng)力比（SR=σ1'/σ3'）的大小，將場(chǎng)地內(nèi)的斷層活化的危險(xiǎn)性等級(jí)分為高中低3類(lèi)，然而此方法評(píng)價(jià)指標(biāo)過(guò)于單一，且只考慮等圍壓情況。Leclère和Fabbri[27]在此基礎(chǔ)上提出了一種三向受力狀態(tài)下，基于橫縱有效應(yīng)力比的斷層活化風(fēng)險(xiǎn)三維定量評(píng)價(jià)方法。聯(lián)合應(yīng)力形狀比Φ=（σ2'－σ3'）/（σ1'－σ3'）[38]與SR，從而將x、y兩個(gè)方向的有效正應(yīng)力σ2'與σ3'用z方向的有效正應(yīng)力σ1'表示，結(jié)合斷層的內(nèi)摩擦系數(shù)、黏聚力等因素，經(jīng)公式（4）得出Q值。

其中：

圖4 臨界孔隙壓力法判斷斷層活化過(guò)程力學(xué)機(jī)理圖[29-34]

式中l(wèi)、m、n分別表示斷層面的法線在z、x、y三軸正應(yīng)力方向上的余弦；σ1、σ2、σ3分別表示z、x、y方向的正應(yīng)力，MPa；σ1'、σ2'、σ3'分別表示z、x、y方向的有效正應(yīng)力，MPa；Φ表示應(yīng)力形狀比，無(wú)量綱。

將斷層Q值與界限值Qo比較，其中Qo由斷層的內(nèi)摩擦角和黏聚力得出。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 基于Q值的斷層活化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)表

三維評(píng)估法對(duì)孔隙水壓力升高的場(chǎng)地內(nèi)所有可能發(fā)生活化的斷層進(jìn)行評(píng)估，從而標(biāo)定區(qū)域內(nèi)各個(gè)斷層發(fā)生斷層活化的風(fēng)險(xiǎn)性高低。Leclère和Fabbri[27]將此方法應(yīng)用于日本Tohoku-Oki地區(qū)主震后，地震區(qū)域沿板塊界面產(chǎn)生超孔隙水壓力，導(dǎo)致周?chē)?45處斷層出現(xiàn)斷層活化。根據(jù)測(cè)得區(qū)域內(nèi)所有可能發(fā)生活化的斷層主應(yīng)力、應(yīng)力形狀比、斷層產(chǎn)狀以及各項(xiàng)物理力學(xué)參數(shù)，代入公式計(jì)算出Q值，將全部斷層的Q值繪制成圖5。結(jié)果顯示，實(shí)際地球物理方法所探測(cè)到的斷層活化位置與三維評(píng)估法所得藍(lán)色區(qū)域大致重疊。

圖5 日本Tohoku-Oki地區(qū)斷層活化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估圖[27]

3.4 數(shù)值模擬方法

目前針對(duì)斷層活化風(fēng)險(xiǎn)性分析，使用頻率較高的數(shù)值模擬方法有離散元法、有限差分法、有限元法以及邊界元法等。Yoon等[39]利用水力耦合離散元方法對(duì)斷層帶進(jìn)行建模，研究注水過(guò)程中流體注入與斷層帶破裂的關(guān)系；Rutqvist[40]基于TOUGH-FLAC水力耦合軟件，開(kāi)發(fā)了流體注入誘發(fā)斷層活化的數(shù)值計(jì)算模型；Keranen等[13-14]利用有限元方法建立了地震定位與孔隙壓力關(guān)系模型；Pereira等[41]利用非線性有限元方法開(kāi)發(fā)了二維地質(zhì)力學(xué)模型；龔發(fā)雄等[42]介紹了Thomas所開(kāi)發(fā)的基于邊界元方法的Poly 3D軟件。這些方法在斷層活化的模擬上得到很好的應(yīng)用，其斷層活化評(píng)估方法的關(guān)系、原理以及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)如圖6所示。

圖6 斷層活化評(píng)價(jià)方法的使用流程圖

4 問(wèn)題討論與對(duì)策

4.1 問(wèn)題討論

注入流體誘發(fā)斷層活化研究已有近60年的歷史，但仍有許多值得研究的領(lǐng)域，也存在諸多問(wèn)題。

1）易被誘發(fā)活化斷層的界定較為困難。斷層深埋于地下，其物理力學(xué)性質(zhì)、周?chē)貞?yīng)力狀態(tài)等信息難以準(zhǔn)確測(cè)得，對(duì)斷層孔隙壓力實(shí)施監(jiān)測(cè)存在難度和現(xiàn)實(shí)可行性。目前的監(jiān)測(cè)多是現(xiàn)場(chǎng)微震監(jiān)測(cè)，雖然具有一定的研究意義，但是很難做到提前預(yù)知。

2）地下注入超臨界CO2存在水巖化學(xué)反應(yīng)、流固耦合以及相態(tài)轉(zhuǎn)化等諸多問(wèn)題，增加斷層活化的不確定性。在地下注入超臨界CO2過(guò)程中，CO2與原巖的水化學(xué)作用會(huì)對(duì)巖層滲透率、斷層所能承受的最大孔隙壓力等性質(zhì)進(jìn)行改造，會(huì)增加斷層活化的不確定性。除此之外，超臨界CO2在誘發(fā)斷層活化過(guò)程中，由于壓力以及溫度的變化存在相態(tài)轉(zhuǎn)化問(wèn)題，其誘震過(guò)程及作用機(jī)制尚不明晰，影響斷層活化判斷。目前的CO2地質(zhì)封存相關(guān)工程案例中，并未監(jiān)測(cè)到震級(jí)超過(guò)3級(jí)的地震[43]。但可以預(yù)知的是，在誘發(fā)斷層活化過(guò)程中，超臨界CO2由于其壓縮性強(qiáng)，且自身相態(tài)轉(zhuǎn)化要釋放能量，相比于水等介質(zhì)，對(duì)斷層活化的破壞性更強(qiáng)，危險(xiǎn)性更大。目前此方面的研究欠缺，研究手段也面臨固—液—?dú)馊囫詈系戎T多問(wèn)題。

3）數(shù)值模擬方法缺乏物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。目前斷層活化的研究多是基于數(shù)值模擬，研究人員從現(xiàn)場(chǎng)獲取巖樣，在室內(nèi)測(cè)得其物理力學(xué)參數(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)注入—滲流—誘震過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。然而該方面的物理實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)匱乏，若能通過(guò)物理模型實(shí)驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)注入流體誘發(fā)地震實(shí)驗(yàn)對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，可以為數(shù)值模擬所獲得的規(guī)律性認(rèn)識(shí)提供強(qiáng)有力的證據(jù)。目前來(lái)看，物理模型試驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路較為復(fù)雜，如何準(zhǔn)確有效的設(shè)計(jì)模型也是一大難題；在現(xiàn)場(chǎng)注入誘震實(shí)驗(yàn)中，如何確保安全性也是值得研究的問(wèn)題。

4）斷層活化存在滯后響應(yīng)效應(yīng)。流體注入初期的地震事件大多震級(jí)較小，產(chǎn)生原因多與流體注入導(dǎo)致巖層及裂隙破壞有關(guān)。震級(jí)較大的地震往往在流體注入一段時(shí)間后發(fā)生[44]。流體從注入井向周?chē)?jīng)歷一定時(shí)間的擴(kuò)散，在斷層位置富集。隨著注入量的增加，斷層處孔隙水壓力不斷增加，導(dǎo)致斷層活化。目前的研究鮮有分析流體需要多長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)移與積累，故無(wú)法給出誘發(fā)斷層活化的大致時(shí)間。

4.2 對(duì)策及建議

面臨眾多問(wèn)題，未來(lái)注入流體誘發(fā)地震的研究方向以及應(yīng)對(duì)措施可從以下幾個(gè)方面取得突破。

1）加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。加強(qiáng)地震流動(dòng)測(cè)震臺(tái)站和數(shù)字測(cè)震臺(tái)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)，利用地震學(xué)方法定位震源震中位置，獲得震源機(jī)制解。同時(shí)與合成孔徑雷達(dá)干涉所監(jiān)測(cè)到的地表變形相結(jié)合，在注入流體區(qū)域建立地震預(yù)警機(jī)制?？蒲腥藛T應(yīng)加強(qiáng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的研究，結(jié)合震源機(jī)制解、地震波形分析等對(duì)其機(jī)理深入探討。

2）科學(xué)選址。在實(shí)際工程中，流體注入場(chǎng)地的選址應(yīng)密切關(guān)注活動(dòng)斷裂帶、深大斷裂帶的封閉性和活動(dòng)性[45-46]，避免在地殼中的脆性巖石中注入流體。資料表明，地殼脆性巖體中的老斷層對(duì)孔隙壓力變化極為敏感，注入流體活動(dòng)極易誘發(fā)斷層活化。因此流體注入選址時(shí)應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件、地質(zhì)構(gòu)造以及地震歷史等因素進(jìn)行綜合考慮。

3）重視歷史注入流體資料的研究。流體注入量以及注入速率是影響斷層活化極為重要的因素，也是工程技術(shù)人員在實(shí)際工程中的可控制因素。對(duì)于注入流體誘發(fā)地震區(qū)域的歷史注入資料應(yīng)妥善保存并加以詳細(xì)研究。將有資料記載的斷層活化區(qū)的斷層物理力學(xué)參數(shù)、儲(chǔ)層性質(zhì)以及所處地應(yīng)力狀態(tài)與注入資料對(duì)比，分析其在流體壓力逐漸增大時(shí)的活化特征，探索斷層活化的臨界流體壓力值。從而在實(shí)際注入過(guò)程中根據(jù)儲(chǔ)層實(shí)際情況合理調(diào)節(jié)注入量與注入速率。

4）盡快制訂完善地下流體注入技術(shù)規(guī)范及指南。2015年3月，美國(guó)聯(lián)邦政府頒布了水力壓裂法細(xì)則，該細(xì)則于同年6月開(kāi)始實(shí)施，這是美國(guó)在水力壓裂方面首個(gè)國(guó)家層面上的技術(shù)細(xì)則。我國(guó)也發(fā)布了各項(xiàng)地下流體注入指南及規(guī)范《水力壓裂安全技術(shù)要求》《二氧化碳捕集、利用與封存環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)指南（試行）》等。然而，此類(lèi)規(guī)范及指南沒(méi)有對(duì)注入流體誘發(fā)斷層活化的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估做具體定量化的規(guī)定。我國(guó)應(yīng)盡快建立一套流體注入誘發(fā)斷層活化的評(píng)價(jià)體系，并制定相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，平衡經(jīng)濟(jì)效益與地震風(fēng)險(xiǎn)，從而對(duì)現(xiàn)場(chǎng)注入流體提供指導(dǎo)。

5 結(jié)論

1）影響斷層活化的因素眾多，其中地應(yīng)力是主控因素。不同傾向、傾角的斷層是否活化受所處的地應(yīng)力狀態(tài)控制，當(dāng)?shù)貞?yīng)力對(duì)斷層滑移起約束作用時(shí)，斷層活化的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低。斷層的滲透率、內(nèi)摩擦角、黏聚力等物理力學(xué)參數(shù)是斷層活化的內(nèi)因。流體注入速率及注入量是引發(fā)斷層活化的誘發(fā)因素。

2）目前的斷層活化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法多是摩爾—庫(kù)倫有效應(yīng)力原理的拓展和延伸。在實(shí)際運(yùn)用中，可根據(jù)實(shí)際工程地質(zhì)情況靈活運(yùn)用。各種評(píng)估方法的絕對(duì)準(zhǔn)確性尚存疑，在實(shí)際使用以及研究過(guò)程中需不斷改進(jìn)和創(chuàng)新。

3）增強(qiáng)型地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)、二氧化碳地質(zhì)封存以及頁(yè)巖氣開(kāi)采等向深部注入高壓流體的新型地質(zhì)工程領(lǐng)域，人類(lèi)的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)尚不充足，對(duì)斷層活化機(jī)理的認(rèn)識(shí)遠(yuǎn)未成熟，理論研究和技術(shù)水平也有待提高，目前仍存在大量亟待解決的問(wèn)題。怎樣降低深部地質(zhì)工程的誘震風(fēng)險(xiǎn)，讓新技術(shù)造福人類(lèi)，仍需廣大科研人員和技術(shù)人員不斷探索。