通过在一口深度为3公里的科学钻孔中进行的水力压裂测试，确定印度科伊纳地震带的原位应力状态：对水库诱发地震的影响

《BUILDING AND ENVIRONMENT》：Determination of in-situ stress regime in the Koyna seismic zone, India from hydrofrac tests in a 3 km deep scientific borehole: implications for reservoir triggered seismicity

Koyna地震带通过液压测试首次揭示了1600-2400米深部的原地应力场，最大水平主应力梯度0.036 MPa/m，最小梯度0.019 MPa/m，应力方向N2°E±19°，显示走滑-正断层过渡环境，高渗透率（10^-14至10^-16 m2）可能引发地震。

　　在印度西部的Koyna地区，科学家们开展了一项深入的钻探研究，这是为了更好地理解该地区长期发生的水库诱发地震（Reservoir Triggered Seismicity, RTS）的机制。Koyna地区是世界上最早记录到此类地震现象的地点之一，自20世纪60年代以来，该地区的水库建设与地震活动之间建立了明显的联系。特别是1962年建成的Sivajisagar水库，其蓄水后不久便引发了多次地震，其中最显著的一次是1967年12月10日发生的M6.3级地震，这一事件被认为是迄今为止记录到的最大规模水库诱发地震之一。

为了更深入地研究Koyna地区的地应力状态，科学家们在KFD1钻孔中进行了深度达3公里的钻探，这为分析该地区地壳内部的应力场提供了宝贵的机会。通过对钻孔中不同深度的岩层进行水力压裂测试，研究人员获得了关于水平主应力（S_hmin 和 S_Hmax）的数值以及它们随深度变化的梯度。这些数据不仅揭示了Koyna地区的应力分布特征，还为理解地震活动的触发机制提供了重要依据。

水力压裂测试是研究地应力的常用方法之一，通过在选定深度进行压裂，可以测量岩石破裂所需的压力，从而推断出当前的地应力状态。在Koyna地区的钻探过程中，研究人员在1600米至2400米的深度范围内选择了多个测试点，这些测试点位于德干玄武岩层下的结晶基底岩层中。通过对这些测试点的分析，研究人员获得了关于S_hmin 和 S_Hmax 的详细数据，包括它们的数值和随深度变化的趋势。这些数据表明，Koyna地区的地应力状态呈现出一种从走滑断层向正断层过渡的特征，这与该地区地震的震源机制和断层活动情况相一致。

此外，研究人员还通过压裂后的声波图像分析了断层的取向，这些图像提供了关于断层方向和形态的详细信息。结合水力压裂测试所得的压力数据，研究人员确定了S_Hmax 的平均方向为N2°E±19°，这一方向与地震发生时的井壁破坏现象和震源机制方向高度一致。这种一致性的发现进一步支持了Koyna地区的地应力状态与地震活动之间的紧密联系。

研究还指出，Koyna地区的地应力状态可能处于临界状态，这意味着岩石的应力接近其摩擦强度极限，从而更容易发生断裂和地震。这种临界状态的形成与该地区的地质构造和岩层特性密切相关。Koyna地区位于德干玄武岩层下的结晶基底中，该基底由花岗岩和片麻岩组成，这些岩石的结构和强度特性使得地应力更容易达到临界值，从而引发地震活动。

在Koyna地区的研究中，科学家们还特别关注了Donichawadi断层的应力状态。通过分析该断层的应力和剪切应力，研究人员发现该断层周围的剪切应力较低，而没有明显的超静水压力证据。这一发现表明，Donichawadi断层的滑动可能由弱矿物如富含云母的断层泥引起。这种弱矿物的存在使得断层在较低的应力条件下也容易发生滑动，从而增加了地震发生的可能性。

研究还探讨了地应力与渗透性之间的关系。通过对Koyna地区钻孔中不同深度的岩层进行水力压裂测试，研究人员发现该地区的渗透性较低，通常在10^-14到10^-16 m2之间。这种低渗透性可能限制了水的流动，从而影响了地震的发生机制。特别是在雨季和雨季之后，渗透性较低的岩层可能使得水的积聚和释放对地震活动产生更大的影响。因此，研究认为，为了在Koyna地区的地下断裂带诱发地震，需要一定的渗透性条件。

Koyna地区的研究还表明，地应力的大小和方向对地震活动的触发和发生具有重要影响。通过水力压裂测试，研究人员获得了关于水平主应力的详细数据，并结合这些数据分析了地震的发生机制。研究指出，Koyna地区的地震活动主要集中在2到10公里的深度范围内，这一深度范围内的岩石结构和应力状态可能更容易发生断裂和地震。

此外，研究还强调了Koyna地区在地震研究中的独特性。由于该地区位于板块内部，而非板块边界，因此在地震研究中往往被忽视。然而，Koyna地区的长期地震活动表明，板块内部也可能存在显著的地震潜力。因此，对Koyna地区的深入研究不仅有助于理解该地区的地震机制，还可能为其他类似地质构造的地震研究提供重要的参考。

综上所述，Koyna地区的研究揭示了地应力在地震活动中的关键作用，以及水力压裂测试在确定地应力状态中的重要价值。通过对该地区的深入钻探和分析，科学家们不仅获得了关于水平主应力的详细数据，还探讨了地震的发生机制、断层的应力状态以及渗透性对地震活动的影响。这些发现为理解板块内部的地震活动提供了新的视角，并为未来的地震研究和防灾减灾工作提供了重要的科学依据。