中国荣昌地区页岩气开采过程中，孔隙弹性效应和流体扩散对地震的长期影响

《Tectonophysics》：Long-term effects on earthquakes induced by poroelastic effect and fluid diffusion during shale gas production in Rongchang, China

四川盆地荣昌区长期 wastewater 注入导致显著流体注入，诱发 M5.2 级地震。停止注入后页岩气开采再次引发地震活动。研究利用密集地震阵列和机器学习技术，揭示地震空间-时间分布规律：页岩气井周边和活动构造区形成两个震群，前者表现为石灰岩与页岩界面高过压、多机制地震，后者显示构造应力长期扰动效应。提出级联触发机制：孔隙弹性效应传递应力扰动，流体扩散主导单断层系统地震演化，强调评估工业活动长期效应的重要性。

　　在当今全球范围内，由于工业活动引发的诱发地震现象日益受到关注，特别是在页岩气开发活跃的区域。诱发地震不仅与工业活动的频率和强度相关，还受到地质条件、地应力变化以及流体运动等多种因素的影响。以中国四川盆地荣昌地区为例，该地区经历了超过30年的废水注入活动，随后又开展了大规模的页岩气开采，导致了诱发地震的发生，包括最高达M5.2的地震事件。这一现象表明，诱发地震的机制复杂，且可能在不同时间段内呈现出不同的特征。在废水注入停止后，页岩气开采活动引发了新的地震序列，进一步说明了工业活动对地壳应力状态的长期影响。

荣昌地区的地质构造具有显著的活跃性，区域内分布着多个活动断层，形成了陡峭的东北向背斜和宽阔、缓倾的向斜。这些地质特征为诱发地震的发生提供了有利条件。在该地区，诱发地震主要集中在两个区域：一是靠近页岩气井的区域，二是活跃构造带。靠近页岩气井的地震活动通常发生在石灰岩与页岩之间的界面，其震源特征表现出多样的震源机制和较高的超压流体压力，这表明流体在岩层中迁移受阻，导致局部压力升高，从而诱发地震。此外，观察到的震源扩散现象表明，地震序列的演化受到流体扩散过程的控制。

在活跃构造带的地震活动则揭示了之前废水注入活动的长期影响，以及原有构造条件的控制作用。这一区域的地震活动不仅与流体扩散有关，还与地应力的变化密切相关。通过对荣昌地区的流体迁移、震源机制和迁移模式的分析，研究者提出了一种级联触发机制：应力扰动通过流体的扩散作用传递，而流体在各个断层系统中的分布则主导了地震的发生。这种级联过程表明，诱发地震的发生并非孤立事件，而是受到多种因素相互作用的结果。

荣昌地区的诱发地震现象为研究诱发地震的长期影响和累积效应提供了重要的案例。然而，以往对荣昌地区诱发地震的研究主要依赖于区域地震台网的观测数据，这些数据通常不够密集，无法准确检测到小震或分析弱应力扰动的影响。因此，可能低估了诱发地震的触发范围，同时对地质结构在诱发地震中的控制作用也缺乏深入理解。为了解决这些问题，本研究采用了一种密集的节点地震仪阵列，共布置了50个短周期三组分地震仪，时间跨度从2020年8月16日到10月5日。通过自动化的方法构建了高精度的地震目录，其完整度达到0.4级，这为后续的地震活动分析提供了可靠的数据基础。

利用Loc-Flow算法，研究者构建了高精度的地震目录，其中包括了1228次地震事件，数量是此前中国地震局（CENC）目录中地震事件的45倍。这一结果表明，密集地震仪阵列在提高地震检测能力方面具有显著优势。通过HypoDD算法进行地震重定位，发现这些地震事件的震源位置与最初的定位相比，具有更高的准确性。重定位的地震事件中，有大约63.2%的震源位置与REAL方法得到的初始位置一致，65.1%的震源位置与VELEST方法得到的绝对位置一致。这些数据不仅有助于理解地震的分布特征，还能够揭示诱发地震与工业活动之间的关系。

研究还发现，地震活动在时间和空间上呈现出一定的模式。例如，在废水注入活动开始之前，荣昌地区的地震活动较为平静；而在废水注入活动开始后，地震活动明显增加，特别是在2009年至2013年间，这一时期与页岩气开采活动的启动相吻合。在废水注入停止后，页岩气开采活动导致了新的地震序列，显示出诱发地震的发生可能与多种工业活动的叠加效应有关。这些地震事件的震源位置逐渐从废水注入区域迁移至页岩气开采区域，特别是在2021年，发生了一次Ms. 6.0的地震事件，这一事件被认为与页岩气开采活动密切相关。

通过分析这些地震事件的空间分布和时间演化，研究者进一步探讨了诱发地震的触发机制。在靠近页岩气井的区域，地震活动主要受到流体压力的控制，而活跃构造带的地震活动则受到原有构造条件和长期流体注入的影响。这一研究不仅揭示了荣昌地区诱发地震的触发机制，还为理解诱发地震的长期影响提供了新的视角。通过机器学习方法进行地震事件检测和重定位，以及利用密集地震仪阵列进行精确分析，研究者能够更全面地评估诱发地震的风险，并为未来的工业活动提供科学依据。

荣昌地区的案例表明，诱发地震的发生不仅与短期的工业活动有关，还受到长期的地质和流体条件的影响。因此，在进行新的工业活动之前，有必要对地下条件进行全面评估，以避免诱发地震的发生。同时，研究还发现，地质结构在诱发地震中的作用不可忽视，不同地质条件下的地震活动可能表现出不同的特征。例如，在某些地质构造较为复杂的区域，地震活动可能更加频繁，且其震源机制也更加多样。

此外，研究还探讨了诱发地震与工业活动之间的相互作用。例如，废水注入活动可能导致局部压力升高，从而诱发地震；而页岩气开采活动则可能通过改变地下流体分布，进一步影响地震的发生。这一现象表明，诱发地震的发生是一个动态过程，受到多种因素的共同作用。因此，在评估诱发地震的风险时，不能仅仅考虑单一的工业活动，而需要综合考虑地质条件、流体分布以及地应力变化等因素。

本研究的结果不仅有助于理解荣昌地区的诱发地震机制，还为全球范围内诱发地震的研究提供了参考。通过分析荣昌地区的地震活动，研究者能够更准确地识别诱发地震的触发因素，并提出相应的预防措施。同时，研究还发现，密集地震仪阵列在提高地震检测精度方面具有重要作用，这为未来的地震监测和研究提供了新的技术手段。此外，机器学习方法的应用使得地震事件的检测和重定位更加高效和准确，为诱发地震的研究提供了新的思路。

在荣昌地区，诱发地震的发生不仅与工业活动的频率和强度有关，还受到地质条件和流体分布的影响。这一研究揭示了诱发地震的复杂性，并强调了科学评估工业活动对诱发地震风险的重要性。通过结合地震数据和地质结构分析，研究者能够更全面地理解诱发地震的触发机制，并为未来的工业活动提供科学依据。这一研究的成果不仅有助于降低诱发地震的风险，还能够为相关领域的研究提供新的数据支持和技术手段。

总之，荣昌地区的诱发地震研究为理解工业活动对诱发地震的影响提供了重要的案例。通过采用密集地震仪阵列和机器学习方法，研究者能够更准确地检测和重定位地震事件，从而揭示诱发地震的触发机制和演化过程。这一研究不仅有助于科学评估诱发地震的风险，还能够为未来的工业活动提供指导，以减少诱发地震的发生。同时，研究还发现，地质结构在诱发地震中的作用不可忽视，不同地质条件下的地震活动可能表现出不同的特征。这些发现为全球范围内诱发地震的研究提供了新的视角，并强调了科学评估工业活动对诱发地震风险的必要性。