CO2地質封存是實現大規模碳減排的關鍵技術。然而，大規模注入CO2會改變地層應力狀態，可能激活斷層或誘發巖體破裂，進而誘發地震活動。因此，發展CO2注入誘發地震風險的快速預測方法具有重要意義。目前，相關風險預測評估大多依賴歷史監測數據或精細數值模擬，缺乏適用于工程尺度的快速評估手段。近日，中國科學院武漢巖土力學研究所研究團隊，在CO2地質封存水力耦合誘發地震研究中取得進展。
研究團隊采用解析建模與理論推導相結合的研究思路，旨在建立注入工藝參數、斷層應力狀態與地震震級概率分布之間的定量關系。團隊基于CO2羽流在咸水層中的運移規律，提出了儲層孔隙超壓分布的“三區域模型”。同時，研究引入儲層變形的孔彈效應以及蓋層變形的文克爾效應，建立了“兩相流—儲層—蓋層”滲流—力學全耦合方程，并推導了其流體壓力與巖體應力的解析解，經過與精細化數值模擬對比驗證了其準確性。
團隊進一步通過速率—狀態摩擦定律，建立了場地地震活動率與庫侖應力變化之間的關聯，提出了CO2注入應力擾動范圍的新估算公式，并結合隨機斷層分布模型與古登堡—里克特定律，實現了震級—超越概率曲線的高效計算，最終構建了一套CO2封存誘發地震風險預測新框架。
該框架兼具物理機制清晰與計算高效的雙重優勢，并已形成工業級風險評估程序，支持以地震安全為目標的注入工藝參數快速優化。該成果為碳封存工程的安全評價與設計提供了重要的理論支撐與工程方法。
相關研究成果發表在Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering上。研究工作得到國家自然科學基金和國家重點研發計劃的支持。
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