山东东营杜邦1井注水诱发破裂活动分析

2005年12月3日——2006年5月18日，中国地震局对山东东营杜邦1井(直井)进行了6个月的注水诱发地震监测. 对该井1 464～3 034 m， 即纵向跨度1 570 m的4个注水层段（沙三中、 沙三上顶部、沙三上底部、沙二段）11个注水作业过程进行了完整记录. 应用长短项平均和多台比较方法共获得地震事件记录5 090个， 最终获得定位事件274个. 监测期间记录到的事件信号能量都比较小， 没有ML0.5的震动信号. 从注水开始，事件的数量随时间呈现出不同的变化， 在沙三上的中等胶结程度地层中， 震动破裂事件最为频繁. 破裂事件空间位置随时间从注水中心向外围扩展， 在不同的注水层段呈现出不同的方向性: 在低渗透储层段， 破裂事件的展布趋向与最大水平主压应力方向一致； 在中高渗透层段， 震动事件更多地沿主渗流通道展布.      

深地下工程高压注水诱发地震研究进展

大量研究表明,石油、天然气等能源开采过程中的高压注水活动可以诱发有感、甚至破环性地震.本文首先调研了注水诱发地震研究的历史,并回顾了注水诱发地震研究中常用方法,进而对国内外三个典型注水诱发地震案例进行具体介绍.最后对注水诱发地震研究进行展望,认为丰富的观测资料,包括密集流动台阵的注水地震活动观测、注水活动规律、区域地质构造背景等,是注水诱发地震研究的基础;地震学、大地测量学、地质学以及地下水等学科联合研究是注水诱发地震研究的发展趋势.高压注水诱发地震的研究目的为,通过诱发地震的检测与研究,试图探索适当的注水速率过程,从而在不显著影响生产效率的同时,降低引发破坏性的地震灾害.     

四川长宁盐矿井注水诱发地震研究

根据现场调查资料、矿区地质构造资料和数字地震记录,研究了四川长宁盐矿井注水诱发的地震活动.研究发现,2006年4月前矿井注水与出水量相当,地震活动平稳;之后注水量远超过出水量,在注水量和出水量相差较大时,浅层中小地震频次急剧增加.长时间的大量注水可能渗入先存的长宁背斜内的小断裂及微裂缝带,加速附近区域微构造地层的破裂,引发了小震群活动.利用数字地震波形资料计算的Q值显示该地区地下介质较不均匀;小震精定位结果显示震源深度较浅,主要分布在2～3km;震源机制解表明,浅层地震呈正倾滑特征.这些都表现出矿井注水诱发地震活动的某些特征.     

中国重庆荣昌气田3km深度注水诱发地震研究

自1988年7月起,有关部门在位于中国西南部的重庆荣昌天然气田以2．1～2．9MPa的泵送压力间歇性地向2．6～2．9kin的深度注入了超过100万立方米的采气废水。截止到2006年底,这项注水工作已诱发了超过32000次地表记录到的地震,包括2次ML≥5．0的地震,14次ML≥4．0的地震,及超过100次ML≥3．0的地震。我们对该地震序列的传染型余震序列（简称ETAS）模型及地震活动的一些统计参数的时间演化进行了统计分析。传染型余震序列模型中的随机成分可被视为流体驱动的地震活动的指标,而大森定律型余震的发生率则表示了地震本身的应力触发。我们观测到注水以来地震的活动可划分为3个不同阶段,与注水的不同时期相对应。第一阶段对应于低速率（长时间间隔）的注水初期,绝大多数地震为大森型地震,只有8％是因外部因素（即注水）所致。第二阶段对应于高速率注水时期,具有地震活动度高,而且有相当比例（45％）的地震活动与流体作用有关的特点。第三阶段注水速率的降低直接导致地震活动下降;有超过70％的地震为随机发生,表明了外部触发起主导作用。荣昌诱发地震序列的物理机制是伴随深井注水的孔隙压力扩散作用和先前地震本身引起的库仑破裂应力变化联合作用的结果。深井注水引起的2．1～2．9MPa的孔隙压力增加,足以引起当地地层破裂而发生地震。     

沉积岩储藏系统小断层在油气田注水诱发地震中的作用——以四川盆地为例

以四川盆地为例,通过分析沉积岩储藏系统中断层的发育特征和典型沉积岩断层形成前后岩石变形破坏过程的实验研究,探讨沉积岩层中小断层在油气田注水诱发地震中的作用及较大地震发生条件。首先,通过分析已有的有关四川盆地深部注水诱发地震活动情况的资料得到具有一定普遍性的认识:诱发地震的空间分布明显受已有断层或破裂的控制,有感地震尤其是可导致一定灾害的中强地震往往都是已有断层的重新活动所致。其次,结合石油地质资料及盆地边缘地区出露的一些未成熟小型断层的地质与构造特征观察分析,发现这些断层的存在具有普遍性而且是地下油气纵向运移的主要通道。进而,在实验室条件下对四川盆地几个典型沉积岩样本进行了三轴压缩破坏实验。采用多通道宽动态高速声发射观测技术与三维X射线CT成像技术分析断层形成过程及形成后的几何特征和摩擦系数的变化。最后,通过融合各方面研究结果分析注水诱发地震的发生机制和模型,探讨了较大地震发生条件,为提升注水诱发地震评估能力和建立安全注水操作管理指南提供理论基础。该结果有助于理解为何四川盆地油气田注水诱发地震活动如此剧烈。主要的前三叠系沉积岩(包括白云岩、页岩及白云质灰岩)均具有较高的破坏强度和脆性变形破坏特征,使四川盆地油气储藏系统有条件保持较高的应力水平和在一定条件下导致地震性断层破坏。一般,一条尺度达到几km的断层便足以产生M5级别的中强地震。这些条件使得该区具有发生破坏性注水诱发地震的可能。有必要在对注水孔周围的破裂及断层构造的空间分布、尺度大小及力学性质特征有基本了解的条件下,通过注水数值模拟和监测注水诱发地震的时空演化,建立适当的统计模型实现诱发地震的统计评估和预测,指导注水操作而达到减少灾害性地震发生的风险。     

中国四川盆地页岩气注水压裂导致断层再活化并诱发M_W4.7地震

本文对中国四川盆地最近观察到的注水诱发地震进行了及时和详细的研究,四川盆地页岩气水力压裂已经开始启动,计划在未来几年里被逐渐开采。包括传染型余震序列模型、震中重定位、13个大地震事件(MW3.5)的震源机制以及库仑破裂应力数值计算的众多证据表明,在地下2.3~3km深度范围内水力压裂短期(每个井位数月)注水过程诱发了一系列最高矩震级达MW4.7的地震。反之,这些诱发地震的出现也支持了注水诱发断层再活化的假设。本文同时讨论了此地区注水压裂为什么会诱发如此大震级地震的地质原因。由于四川盆地中水力压裂作业正如火如荼,这也将有利于地球科学、天然气公司、管理部门和学术界共同探讨显著的注水诱发地震的地区因素,以确保页岩气注水压裂可以有效进行并安全实施。     

水诱发地震应力场初步探讨

本文对国内外21个水诱发地震事例的震级—断层破裂长度关系进行回归分析,然后利用断裂力学方法,研究理论震级—断层破裂长度的关系,发现在水库地震的情形里,区域剪应力场的强度水平可以大大小于构造地震的区域剪应力场的强度水平,同时,发现在因库水位下降而触发水库地震的情形里,库水水位的减小量可以小于库水位上升触发地震情形里库水水位的增加量.最后,对注水地震的注水压力进行了讨论。     

断层破裂传播速度与破坏性地震的烈度分布——浅源地震的断层不均匀性与短周期波动的多普勒效应

地震的等震线不仅反映了地震的大小,而且也反映了地震断层过程的类型和破裂速度.单侧破裂的断层过程呈现出蛋型的等震线,而双侧破裂的断层过程呈现出椭圆的等震线,等震线的长轴与短轴之比对于破裂传播速度十分敏感.本研究利用理论等震线与观测结果相比较的方法,确定了1964年日本新地震、1983年日本海中部地震、1975年中国海城地震和1976年中国唐山地震的破裂传播速度、断层类型以及断层走向.得到的断层破裂速度是剪切波的0.7——0.9倍.这些值比用长周期地震波所确定的要稍大.产生这种差异的原因是:对烈度起主要影响的短周期地震波强烈地依赖于小尺度的断层不均匀破裂过程,以及局部的破裂传播的开始和终止;而由长周期波所得到的破裂速度却反映了在整个断层上破裂传播的平均过程.根据等震线图所得出的断层类型及断层走向与其它独立方法的结果相一致.这意味着本方法可以应用于推断某些历史地震的断层类型、破裂传播速度及破裂传播方向.      

断层破裂传播速度与破坏性地震的烈度分布——浅源地震的断层不均匀性与短周期波动的多普勒效应

地震的等震线不仅反映了地震的大小,而且也反映了地震断层过程的类型和破裂速度.单侧破裂的断层过程呈现出蛋型的等震线,而双侧破裂的断层过程呈现出椭圆的等震线,等震线的长轴与短轴之比对于破裂传播速度十分敏感.本研究利用理论等震线与观测结果相比较的方法,确定了1964年日本新地震、1983年日本海中部地震、1975年中国海城地震和1976年中国唐山地震的破裂传播速度、断层类型以及断层走向.得到的断层破裂速度是剪切波的0.7—0.9倍.这些值比用长周期地震波所确定的要稍大.产生这种差异的原因是:对烈度起主要影响的短周期地震波强烈地依赖于小尺度的断层不均匀破裂过程,以及局部的破裂传播的开始和终止;而由长周期波所得到的破裂速度却反映了在整个断层上破裂传播的平均过程.根据等震线图所得出的断层类型及断层走向与其它独立方法的结果相一致.这意味着本方法可以应用于推断某些历史地震的断层类型、破裂传播速度及破裂传播方向.     

注水诱发地震的研究进展

研究注水诱发地震的特征、发生机理和最大可能震级等对开展诱发地震的预防、危险性评价、减灾策略制定等方面的工作具有重要意义。文章系统地梳理了国内外关于注水诱发地震研究的主要认识和分歧。结果表明：(1)诱发地震的最大可能震级由断层大小和应力状态等地质条件决定,受注水压力和累积注水量等参数的影响;(2)识别诱发地震的可靠方法取决于地震和注水之间的时空相关性,统计模型的参数以及断层活化分析等一系列证据链条;(3)当断层与流体储层之间存在水力连接时,孔隙压力扰动是诱发地震的主要发生机制,反之岩石基质体积变形引起的孔隙弹性应力变化主导了诱发地震的过程。此外,注水诱发的稳定滑动传播到断层的孕震部分、流体的化学作用和小地震级联触发效应也可能在注水诱发地震中发挥重要的作用。研究结果将为注水诱发地震机理研究和减轻破坏性诱发地震灾害提供一定的科学参考。     

Research on earthquakes induced by water injection in China

In China, the earthquakes induced by water injection have occurred in four oil fields including the Renqiu oil field, and in two mines. Production of oil from the Renqiu oil field began in 1975 and the injection of water into the oil field commenced in July 1976. The induced earthquakes have been occurring in the area for the past 17 years, since December 1976. The controlled experiments of water injection showed the cause and effect relation between water injection and earthquakes. Source parameters such as source dimension, seismic moment and stress drop of a large number of the induced earthquakes, andQ factor for the area have been determined. The results indicate that the stress drop varies from 0.2 to 3.0 bar and theQ factor has an average value of 75.0. The low-stress drop and lowQ factor values imply that the earthquakes are caused by the brittle fracture of weak rocks under low ambient stresses, due to a decrease in their strength because of the injection of water. The induced earthquakes are unevenly distributed in the oil field. The northern part of the oil field, where the reservoir rocks are characterized by low porosity and low permeability, exhibits high seismic activity with the largest earthquake registering a magnitude of 4.5 and about 68% of the total number of induced earthquakes in this part. Whereas, the southern part of the oil field with higher porosity and higher permeability is characterized by low seismic activity with the largest earthquake registering a magnitude of 2.5 and only 4% of the total number of earthquakes which occurred in this part. These features of the focal region suggest that larger earthquakes may not occur in the Renqiu oil field area.     

山东胜利油田角07井注水地震序列的演化及其机制

1985年12月至1986年1月发生的山东省胜利油田角07井注水地震序列,经历了特有的演化过程,即全序列可分解为4个子序列,且子序列逐渐由震群型向主余型过渡.前期地震(最大地震之前)呈升级趋势,地震b值前期高于后期,地震时间结构的分数维D则前期低于后期,以及较大地震的lg△t-lgt前期较为紊乱,而后期线性相关等.计算表明,注水后岩石孔隙压力大于临界孔隙压力,从而诱发了地壳浅部岩石低初始应力的提前释放,而水的渗透作用则导致岩石孔隙压力随时间由高度非均匀分布向相对均匀分布转换.角07井地震序列的演化与这一物理过程有关.      

注水诱发地震的震源应力场和尾波衰减特征

利用区域性台网记录测定了任邱油田注水诱发地震的震源应力场和尾波衰减特征,结果表明地壳上层有很大水平应力,断层面解受注水井附近局部原生断层影响与华北现代应力场的优势破裂方向和错动方式有差别。地震应力降分布范围为0.2—3.0巴。平均尾波Q_0值为75,属于地壳上部沉积岩层的正常情况,发现在时间上表现出与注水量增减有关的波动。在空间上表现出震群密集区Q_0值较外围区偏低的特点     

山东角07井注(漏)水诱发地震——震源参数与地震序列特征

本文利用山东地震台网仪器记录资料,研究了1985年12月28日山东胜利油田角07井因漏水而诱发的震群活动。认为震群的发生可能与水的非均匀渗透有关,是在特定的地质条件与低初始应力条件下发生的一次深井漏水诱发地震事件。     

吉林省松原地区1119年6 3／4级地震的发震构造条件

１９９９年６ ３／４级地震是东北地区震级在的地震,目前对其发震构造背景缺乏深入的研究。本文从深部构造背景,浅层构造条件和深浅部构造关系等方面,对１１１９年地震的发震构造背景作了剖析。研究认为,本次地震的宏观震中位于扶余－前郭一带,地质构造上,该区处于松辽盆地中央凹陷和东南隆起的交接部位;深部构造背景上,该区是莫霍面起伏的拐点,存在北东向基底断鲜明和弱西向深部断裂,前者规模较大,晚新生代有弱活动,是     

全球油气开采诱发地震的研究现状与对策

人工诱发地震现象已经有很久的历史.水库蓄水、采矿、地热开发、从地下提取液体或气体,或将液体注入地球内部都可能诱发地震.大量地震监测数据与科学分析结果显示:美国俄克拉何马州的地震剧增主要与页岩油气开采的废水回注量相关;加拿大阿尔伯塔省的地震剧增主要与页岩油气开采水力压裂的工作量相关;而荷兰罗宁根天然气田的传统天然气开采也同样诱发了较强的地震活动.在中国四川盆地的页岩油气开发区域,地震活动近几年也大幅度增强,但目前监测与科研工作较少,对某些地震成因尚有争议.目前研究诱发地震问题已成为学术界与工业界的一门专业学科.推断诱发地震,除了分析时空分布与工业活动的相关性之外,本文综述了该领域基于地震学、地质动力学、构造地质学的多种分析方法.如何在油气开采过程中减少诱发地震的灾害影响成为当前相关各界极为关注的科研问题,本文介绍了多个国家或地区建立的控制诱发地震的管理系统、基于地震大数据的诱发地震概率预测方法,以及基于地球物理与地质信息的综合诱发地震风险评估方法,并对我国控制诱发地震问题提出建设性意见.     

Was the M<Subscript>w</Subscript> 7.5 1952 Kern County,California, earthquake induced (or triggered)?

Several recent studies have presented evidence that significant induced earthquakes occurred in a number of oil-producing regions during the early and mid-twentieth century related to either production or wastewater injection. We consider whether the 21 July 1952 M_w 7.5 Kern County earthquake might have been induced by production in the Wheeler Ridge oil field. The mainshock, which was not preceded by any significant foreshocks, occurred 98 days after the initial production of oil in Eocene strata at depths reaching 3 km, within ~1 km of the White Wolf fault (WWF). Based on this spatial and temporal proximity, we explore a potential causal relationship between the earthquake and oil production. While production would have normally be expected to have reduced pore pressure, inhibiting failure on the WWF, we present an analytical model based on industry stratigraphic data and best estimates of parameters whereby an impermeable splay fault adjacent to the main WWF could plausibly have blocked direct pore pressure effects, allowing the poroelastic stress change associated with production to destabilize the WWF, promoting initial failure. This proof-of-concept model can also account for the 98-day delay between the onset of production and the earthquake. While the earthquake clearly released stored tectonic stress, any initial perturbation on or near a major fault system can trigger a larger rupture. Our proposed mechanism provides an explanation for why significant earthquakes are not commonly induced by production in proximity to major faults.     

重庆荣昌诱发地震区精细速度结构及2010年M_L5.1地震序列精确定位

根据重庆市地震台网和流动地震台网记录到的天然地震资料,利用接收函数反演得到荣昌地区的精细一维速度结构。在此基础上用双差定位法对2010年9月10日重庆荣昌M_L5.1地震序列进行了精定位。结果表明,地震定位精度得到极大提高,震中分布与区域地质构造的关系更加清晰。多数地震集中在主要断层附近并呈条带状分布,震源深度集中在2km附近,与主要储藏层及注水井深度吻合,初步认为该地震序列为注水活动所诱发的构造地震活动。文中获得的精准的速度结构及地震空间分布对于进一步深入研究震区深部地质构造特征、注水诱发地震的机理等具有重要意义。     

芦龙地震前后邻近地区油井油水气动态异常分析

本文分析了华北地区部分油井油、水、气动态资料。歧口647井、塘11井、塘12井、旺11井震前2—5个月分别开始出现异常变化,最大异常幅度约为正常背景值的1—3倍。塘18井震前半个月出现突升突降变化,幅度竟达震前值的15倍。可以认为这种变化是芦龙5.3级地震前的短临震兆信息。文章还就油、水、气动态变化形成机理作了解释,提出自喷井测试构造应力活动的最佳观测方法是闭井测压。     

澄江5.2级地震的震源机制、震源应力场和震源断层

利用地震波资料对澄江5．2级地震序列的震源机制、震源应力场和震源断层作了分析研究。结果表明，整个序列发展中，震源区及附近、构造应力场以南东东方向、水平作用为主的压应力场为主。其次还有南南东向、水平作用为主的压应力场的作用。由序列震源机制解分析，主震发震断层是走向北北东、倾角较陡的断层面，在南南东－南东向，接近水平的压应力场作用下，该断层面具有以左旋走滑为主的错动性质。该断层面是序列的主破裂面。在序列发展过程中，北西西－北西向断层也参与了活动。有的余震，虽然发生在与主破裂面一致或接近的断层面上，但破裂错动的旋性发生了变化，出现了相对主破裂事件的反向错动。极少数余震破裂错动性质呈现以倾向滑动为主的特征。在序列发展过程中，破裂面及其错动性质显地复杂。由于强震的发生，主破裂的错动，使得震源区局部应力场状态错综复杂。