CO2地質(zhì)封存是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模碳減排的關(guān)鍵技術(shù)。然而，大規(guī)模注入CO2會(huì)改變地層應(yīng)力狀態(tài)，可能激活斷層或誘發(fā)巖體破裂，進(jìn)而誘發(fā)地震活動(dòng)。因此，發(fā)展CO2注入誘發(fā)地震風(fēng)險(xiǎn)的快速預(yù)測(cè)方法具有重要意義。目前，相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)評(píng)估大多依賴歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)或精細(xì)數(shù)值模擬，缺乏適用于工程尺度的快速評(píng)估手段。近日，中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所研究團(tuán)隊(duì)，在CO2地質(zhì)封存水力耦合誘發(fā)地震研究中取得進(jìn)展。

　　研究團(tuán)隊(duì)采用解析建模與理論推導(dǎo)相結(jié)合的研究思路，旨在建立注入工藝參數(shù)、斷層應(yīng)力狀態(tài)與地震震級(jí)概率分布之間的定量關(guān)系。團(tuán)隊(duì)基于CO2羽流在咸水層中的運(yùn)移規(guī)律，提出了儲(chǔ)層孔隙超壓分布的“三區(qū)域模型”。同時(shí)，研究引入儲(chǔ)層變形的孔彈效應(yīng)以及蓋層變形的文克爾效應(yīng)，建立了“兩相流—儲(chǔ)層—蓋層”滲流—力學(xué)全耦合方程，并推導(dǎo)了其流體壓力與巖體應(yīng)力的解析解，經(jīng)過與精細(xì)化數(shù)值模擬對(duì)比驗(yàn)證了其準(zhǔn)確性。

　　團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過速率—狀態(tài)摩擦定律，建立了場(chǎng)地地震活動(dòng)率與庫侖應(yīng)力變化之間的關(guān)聯(lián)，提出了CO2注入應(yīng)力擾動(dòng)范圍的新估算公式，并結(jié)合隨機(jī)斷層分布模型與古登堡—里克特定律，實(shí)現(xiàn)了震級(jí)—超越概率曲線的高效計(jì)算，最終構(gòu)建了一套CO2封存誘發(fā)地震風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)新框架。

　　該框架兼具物理機(jī)制清晰與計(jì)算高效的雙重優(yōu)勢(shì)，并已形成工業(yè)級(jí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序，支持以地震安全為目標(biāo)的注入工藝參數(shù)快速優(yōu)化。該成果為碳封存工程的安全評(píng)價(jià)與設(shè)計(jì)提供了重要的理論支撐與工程方法。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。

滲流—力學(xué)全耦合瞬態(tài)一維徑向解析解與數(shù)值解對(duì)比

場(chǎng)地內(nèi)相對(duì)地震活動(dòng)率分布的演化以及CO2注入應(yīng)力擾動(dòng)范圍的估算