温联星研究组
 
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本研究组揭示我国最大储气库—呼图壁储气库诱发地震的时空分布和触发机制

2018-07-16

中国科学技术大学地震与地球内部物理实验室温联星研究组的最新研究揭示,我国最大的储气库——新疆呼图壁储气库自2013年6月投产至2015年10月期间诱发了273个里氏震级1级以上的地震事件,其中包括5个3级以上的地震。呼图壁储气库诱发的地震活动伴随着生产作业过程中注入速率和井口压力同时突然上升或下降而发生。这种相关性表明地震断层的摩擦系数与应力突变相关,注入速率和井口压力的同时突变在呼图壁储气库附近断层处产生应力突变,改变了地震断层的摩擦系数,从而诱发了地震活动。中国科大的研究结果表明诱发地震活动在某些工业生产操作中可能是可控的。

随着国际上近年来页岩气开发、地热开采、二氧化碳深埋等工业过程的迅速发展,伴随着这些工业过程,可能诱发的地震活动也已成为科学界、社会公众和政府部门极其关注的科学问题。了解诱发地震的触发机制、以及它们与人类工业活动之间可能的物理关联,对于工业生产的安全性评价和未来地震危险性评估都具有重要的意义,也是目前全球许多国家正面临并亟待解决的一个重要科学问题。新疆呼图壁气田(图1)是我国最大的地下天然气储气库,同时也是我国东-西部天然气管网系统中的第一个大型辅助设施。自2013年6月以来,呼图壁储气库以“夏季注气/冬季采气” 的年注采周期模式循环运行(图2),已成为一个经济、有效的天然气存储和调峰设施,对我国天然气的安全和稳定供应起着不可替代的作用。然而,关于储气库的工业操作是否会触发地震,也是政府和当地居民强烈关注的一个问题。中国科大研究利用一种新的微震检测方法对呼图壁储气库及附近进行了全面的微震检测和定位。在检测到的273个地震事件中(图3),97%的事件以两个震群形式发生在前两期的注气阶段,0.4%发生在第三注气阶段,1%发生在两个采气阶段。发生于前两个注气阶段的其中一个震群发生在储气库南部边界的断层,另一个沿南北方向分布在储气库东南端约2公里处。呼图壁储气库诱发地震活动与储气库生产中的注气总量、注入率以及井口压力没有明显相关性,而是在生产作业过程中注入速率和井口压力同时突然上升或下降后十几个小时后发生。这种相关性揭示了一种地震断层的摩擦定律与应力突变相关的物理机制,不但为实际工业操作过程提供了指导作用,也为探讨天然地震的孕育过程提供了一个方向。

该成果被国际知名地学期刊《地球物理学研究:固体地球》(J. Geophys. Res. Solid Earth) 于近日在线发表 (http://doi.org/10.1029/2018JB015863) 。该研究组博士生唐兰兰为论文第一作者。

参考文献: Tang, L., Lu, Z., Zhang, M., Sun, L. and Wen, L., 2018, Seismicity induced by simultaneous abrupt changes of injection rate and well pressure in Hutubi gas field, Journal of Geophysical Research: Solid Earth, http://doi.org/10.1029/2018JB015863

图1 呼图壁储气库总集气站。

图1 呼图壁储气库总集气站。

图2 呼图壁储气库注采井的空间分布及该气田的注采历史。a图中红色方框区域是呼图壁储气库位置,红色三角形为微震检测时用到的台站,灰色线为断层;a图中右侧内置图为呼图壁储气库(红线区域)中气井分布图,以圆圈表示气井(东部为蓝色、西部为红色),灰色线为断层;a图中左侧内置图为中国区域地图,其中红色方框为a图在中国区域地图中的位置。b图为呼图壁储气库自2013年6月9日至2015年10月22日的注采历史,Ⅰi 和Ⅰe分别代表在第一个年生产循环的注气期和采气期,Ⅱi和Ⅱe分别代表在第二个年生产循环的注气期和采气期,Ⅲi代表在第三个年生产循环的注气期.

图2 呼图壁储气库注采井的空间分布及该气田的注采历史。a图中红色方框区域是呼图壁储气库位置,红色三角形为微震检测时用到的台站,灰色线为断层;a图中右侧内置图为呼图壁储气库(红线区域)中气井分布图,以圆圈表示气井(东部为蓝色、西部为红色),灰色线为断层;a图中左侧内置图为中国区域地图,其中红色方框为a图在中国区域地图中的位置。b图为呼图壁储气库自2013年6月9日至2015年10月22日的注采历史,Ⅰi 和Ⅰe分别代表在第一个年生产循环的注气期和采气期,Ⅱi和Ⅱe分别代表在第二个年生产循环的注气期和采气期,Ⅲi代表在第三个年生产循环的注气期.

图3 2013年6月9日至2015年10月22日检测到的呼图壁储气库附近地震事件的空间分布。(a, c, e)图为3个注入阶段的地震分布图,(b, d)为2个采气阶段的地震分布图,而(f)为整个时间段的地震分布。图中红色和蓝色实心圈分别代表西部和东部区域的生产井(颜色和图2相对应),图中五角星代表地震;蓝色线和红色线分别是呼图壁储气库边界和断层。

图3 2013年6月9日至2015年10月22日检测到的呼图壁储气库附近地震事件的空间分布。(a, c, e)图为3个注入阶段的地震分布图,(b, d)为2个采气阶段的地震分布图,而(f)为整个时间段的地震分布。图中红色和蓝色实心圈分别代表西部和东部区域的生产井(颜色和图2相对应),图中五角星代表地震;蓝色线和红色线分别是呼图壁储气库边界和断层。

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