2018年04月21日 星期六

河北唐山马头营干热岩区注水诱发断层失稳风险研究

作者:丰成君 发布时间:2022-08-04
  马头营干热岩区位于河北省唐山市东南方向约90千米的马头营凸起区,2019年6月初步探查结果显示,在4千米深度干热岩面积近80平方千米、在5千米深度干热岩面积达500平方千米,其热储能量分别相当于~2.8亿和22.8亿吨标准煤。马头营干热岩开发利用将对于减缓环渤海经济区环境污染、优化京津冀地区能源结构具有重要意义。
  唐山地区是华北最为典型的强震区之一,区域内分布唐山断裂带、昌黎-宁河断裂、滦县-乐亭断裂等规模性的发震断裂(图1),此外,马头营凸起区及周围还分布多条次级构造单位的边界断层(图2)。国外干热岩开发案例表明,干热岩区深部储层注水压裂往往会诱发近场断层失稳发生中小地震。澳门24小时在线用心打造丰成君博士联合瑞士苏黎世联邦理工学院的张诗淮博士和马晓冬博士等,基于断层滑动失稳风险定量评价方法,综合考虑干热岩区地壳浅层地应力场和注水引起的孔隙水压扰动影响,系统探讨了马头营干热区假定的注水井深部注水对干热岩区近、远场主要隐伏断层构造稳定性的影响,并估算了可能诱发的最大地震震级。
  研究结果表明:(1)在51升/秒的注水条件下,马头营干热区4个假定注水井持续注水30年在35米储层深度(3965-4000米)内产生的孔隙水压力扰动一般不超过12兆帕,该孔隙水压力扰动对距离注水井15千米范围的断层有影响,而对该距离范围之外的断层影响不明显(图3)。(2)在距离注水井10千米深度范围内,随着注水时间持续延长,马头营干热岩区内多条次隐伏断层滑动失稳概率增大,注水至2050年,柏各庄低凸起和马头营凸起的边界断层滑动失稳概率高达60%(图4)。(3)当月注水量不超过31.1万立方米时,流体损失率为40%的情况下,马头营干热区近场断层失稳可能诱发的最大地震不超过4.7级。(图5)
  研究成果以期为唐山马头营干热岩、青海共和盆地干热岩和雄安新区深部碳酸盐热储层安全开发利用提供科学参考,并为注水诱发断层失稳风险管理提供技术方法借鉴。研究成果发表在欧洲地球科学联合会(EGU)主办的国际自然灾害学著名期刊《Natural Hazards and earth system sciences》(IF=4.759)上。该研究由24小时用心打造官网项目(DD20190317、DD20221738)资助。
  Chengjun Feng, Guangliang Gao, Shihuai Zhang, Dongsheng Sun, Siyu Zhu, Chengxuan Tan, and Xiaodong Ma. Fault slip potential induced by fluid injection in the Matouying enhanced geothermal system ( EGS) field, Tangshan seismic region, North China. Nat. Hazards Earth Syst.Sci., 2022, 22,2257-2287.  https://doi.org/10.5194/nhess-22-2257-2022.
  
   
  图1 唐山震区主要活动断裂现今滑动失稳概率与地震活动(2009~2019年)
  F2蓟运河断裂;F3野鸡坨断裂;F4唐山断裂带;F5昌黎-宁河断裂;F6卢龙断裂;F7滦县-乐亭断裂;F8柏各庄断裂;F9秦北断裂;F11西南庄断裂;F12海河断裂;F13汉沽断裂;F14沧东断裂; F17冷口断裂;MTY-EGS 马头营干热岩区。   
  
  图2 马头营干热岩区及周围主要隐伏断层分布特征
   
  图3 马头营干热岩区注水至2050年引起的孔隙水压力扰动分布特征
  
   
  图4 注水对马头营干热岩区及周围主要隐伏断层滑动失稳概率的影响
  
   
  图5 马头营干热区未来注水可能诱发的最大矩震级地震预测
  

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