3月5日研究绘制了由水力压裂激活的断层周围的应力变化

借助称为地震各向异性的现象，研究人员能够在加拿大艾伯塔省水力压裂引起的地震之前和期间观察应力变化。

地震各向异性是指地震波速度的变化取决于波通过的岩石的“结构”。科学家们在地震研究快报中总结说，加拿大站点的各向异性变化模式很可能是由流体注入过程中产生的拉伸水力裂缝网络造成的。

德克萨斯大学奥斯汀分校的 Nadine Igonin 及其同事说，通过绘制各向异性变化图，研究人员希望监测水力压裂引起诱发地震时发生的过程。

国际研究小组分析了在 300 次地震事件中观察到的各向异性变化，这些地震事件记录在由 98 个地震检波站组成的密集地震阵列上，用于监测艾伯塔省 Fox Creek 地区 Duvernay 页岩组的水力压裂。该地区的水力压裂产生了几次诱发地震，包括在研究期间发生的 4.1 级地震。

“这个案例研究特别有趣，因为虽然水力压裂发生在 Duvernay 页岩地层，但观察到的地震活动发生在水力压裂带上方 300 米的上覆 Wabamun 地层，”Igonin 解释说。

“因此，关于水力压裂如何设法重新激活到目前为止储层单元上方的断层，存在重要的未解决问题。”

地震检波器阵列被埋在浅近地表井的底部，而不是通常用于地震监测的更深的井下阵列。“我们的研究结果需要对整个水力压裂区域的各向异性变化进行详细监测，这只能通过地表或近地表阵列来实现，监测站分布在广阔的区域，”伊戈宁说。

研究人员发现，在水力压裂注入井周围，地震各向异性强度在一些地区系统性地增加而在另一些地区系统地降低。然后，他们将观察到的各向异性与不同过程引起的应力变化模型进行了比较，包括拉伸水力压裂开口、现有断层或裂缝上的微震事件以及抗震滑动。

研究人员发现，各向异性变化最类似于在流体注入后形成的水力裂缝网络的情况下观察到的变化，特别是在这些裂缝的生长因与该地区现有断层相交而受到限制的情况下。

利用这些信息来评估 4.1 级断层震源处的应力变化，Igonin 及其同事的模型显示出与地震前 24 小时断层失效相关的显着应力变化。

伊戈宁说，随着时间的推移，能够解决这些类型的应力变化，这可能是管理和减轻诱发地震活动的有用信息，不仅在水力压裂中，而且在废水处理、碳储存和增强地热能生产中。

“我们已经观察到一系列不同的机制，这些机制通过注入来重新激活断层，包括注入流体直接流入断层，以及涉及通过地下的地质力学传递的更复杂的影响，如本文所述，”她说。

“如果我们要制定更有效的策略来减轻诱发地震活动，那么我们需要充分了解这些不同影响在重新激活地下断层中的相对贡献。”

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