河北高阳低凸起深部热储层回灌注水诱发断层失稳危险性探讨

近年来, 注水诱发断层活化引发地震已成为深部地热资源安全开采面临的突出地质安全问题。河北高阳低凸起深部岩溶热储丰富, 区内分布多条隐伏断层, 研究旨在探明未来大规模开发高阳低凸起深部地热资源是否会诱发区内隐伏断层失稳破坏。研究基于华北地区综合地应力场, 利用莫尔-库伦准则计算热储区及邻区主要隐伏断层的初始稳定状态; 选用Hsieh and Bredehoeft水文模型计算代表性地热井回灌注水10~40年产生的超孔隙水压力值; 在初始稳定状态的基础上叠加该孔隙水压扰动, 采用断层滑动失稳概率评价方法, 分析长期回灌注水对断层稳定性的影响; 讨论断层走向与最大水平主应力夹角变化对断层滑动失稳风险的作用规律。
结果表明: 高阳低凸起及邻区代表性地热井在170 m3/h注水速率条件下, 持续注水40年产生的超孔隙水压力值最大不超过11 MPa, 该扰动以注水井为中心向四周呈幂函数规律递减, 其影响范围不超过8 km; 持续回灌注水对高阳低凸起代表性地热井附近2 km范围内隐伏断层的稳定性影响显著, 部分断层滑动失稳概率超过85%, 具有极高的活化风险; 距离注水井2 km范围内不同走向的断层, 在单井回灌注水50年的作用下, 滑动失稳概率随断层走向与最大水平主应力夹角的减小而迅速增加。文章研究方法及相关成果可为国内外深部地热资源安全开发利用提供地质科学支撑。