Численное исследование явления возникновения сейсмической подвижки на разломе в результате закачки флюида
- Авторы: Рига В.Ю.1, Турунтаев С.Б.1,2,3
-
Учреждения:
- Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики имени Н.Л. Духова
- Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского РАН
- Московский физико-технический институт
- Выпуск: № 5 (2024)
- Страницы: 157-172
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.eco-vector.com/0002-3337/article/view/658159
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0002333724050113
- EDN: https://elibrary.ru/EJNLOR
- ID: 658159
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Рассматривается вопрос возникновения сейсмичности, индуцированной закачкой флюида в недра. Представлена модель вложенных трещин, позволяющая моделировать процесс фильтрации флюида в породе, содержащей трещины или разломы, с учетом изменения фильтрационных свойств последних в процессе изменения порового давления. Процесс деформации разлома описывается с использованием метода разрывных смещений. Модель применяется для анализа влияния закачки флюида в непосредственной близости от разлома на его последующую деформацию. Исследуется переход подвижек разлома от асейсмических к сейсмическим при изменении параметров закона трения или параметров закачки флюида. Найдены условия, при которых в рамках предложенной модели возможно возникновение сейсмических подвижек.
Ключевые слова
Об авторах
В. Ю. Рига
Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики имени Н.Л. Духова
Автор, ответственный за переписку.
Email: rigavu92@gmail.com
Россия, г. Москва
С. Б. Турунтаев
Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики имени Н.Л. Духова; Институт динамики геосфер имени академика М.А. Садовского РАН; Московский физико-технический институт
Email: stur@idg.ras.ru
Россия, г. Москва; г. Москва; г. Москва
Список литературы
- Гридин Г.А., Кочарян Г.Г., Морозова К.Г. и др. Развитие процесса скольжения по гетерогенному разлому. Крупномасштабный лабораторный эксперимент // Физика Земли. 2023. № 3. С. 139–147. doi: 10.31857/S0002333723030043
- Кочарян Г.Г., Спивак А.А. Динамика деформирования блочных массивов горных пород. М.: Академкнига. 2003. 422 c. ISBN 5-94628-078-3.
- Рига В.Ю., Турунтаев С.Б., Остапчук А.А. Численное моделирование сейсмогенерирующих подвижек на основе модели rate-state экспериментов межблокового скольжения // Динамические процессы в геосферах. 2018. № 10. С. 99–109. doi: 10.26006/IDG.2018.10.20183
- Barbour A., Norbeck J., Rubinstein J. The Effects of Varying Injection Rates in Osage County, Oklahoma, on the 2016 Mw 5.8 Pawnee Earthquake // Seismological Research Letters. 2017. V. 88. № 4. P. 1040–1053. doi: 10.1785/0220170003
- Ben-Zion Y., Rice J. Dynamic simulations of slip on a smooth fault in an elastic solid // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. № B8. P. 17771–17784. doi: 10.1029/97JB01341
- Cappa F., Guglielmi Y., De Barros L. Transient evolution of permeability and friction in a slowly slipping fault activated by fluid pressurization // Nat Commun. 2022. V. 13. P. 30–39. https://doi.org/10.1038/s41467-022-30798-3
- Cappa F., Guglielmi Y., Nussbaum C., Birkholzer J. On the relationship between fault permeability increases, induced stress perturbation, and the growth of aseismic slip during fluid injection // Geophysical Research Letters. 2018. V. 45. № 11. P. 11012–11020.
- Carpenter B.M., Collettini C., Viti C., Cavallo A. The influence of normal stress and sliding velocity on the frictional behavior of calcite at room temperature: insights from laboratory experiments and microstructural observations // Geophysical Journal International. 2016. V. 205. № 1. P. 548–561. https://doi.org/10.1093/gji/ggw038
- Carpenter B.M., Saffer D.M., Marone C. Frictional properties of the active San Andreas Fault at SAFOD: Implications for fault strength and slip behavior // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2015. V. 120. № 7. P. 5273–5289.
- Carpenter B.M., Scuderi M.M., Collettini C. et al. Frictional heterogeneities on carbonate-bearing normal faults: Insights from the Monte Maggio Fault, Italy // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2014. V. 119. № 12. P. 9062–9076.
- Gaucher E., Schoenball M., Heidbach O., Zang A., Fokker P.A., van Wees J.-D., Kohl T. Induced seismicity in geothermal reservoirs: A review of forecasting approaches // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2015. V. 52. P. 1473–1490. doi: 10.1016/j.rser.2015.08.026
- Grigoli F., Cesca S., Rinaldi A.P. et al. The November 2017 Mw 5.5 Pohang earthquake: A possible case of induced seismicity in South Korea // Science. 2018. V. 360. № 6392. P. 1003–1006.
- Gu J-C., Rice J.R., Ruina A.L., Tse S.T. Slip motion and stability of a single degree of freedom elastic system with rate and state dependent friction // Apl. Mech. Phys. Solids. 1984. V. 32. № 3. P. 167–196.
- Guglielmi Y., Cappa F., Avouac J.-P., et al. Seismicity triggered by fluid injection-induced aseismic slip // Science. 2015. V. 348. № 6240. P. 1224–1226.
- Haring M., Schanz U., Dyer B. Characterization of the Basel 1 enhanced geothermal system // Geothermics. 2008. V. 37. № 5. P. 469–495. doi: 10.1016/j.geothermics.2008.06.002
- Hincks T., Aspinall W., Cooke R. et al. Oklahoma’s induced seismicity strongly linked to wastewater injection depth // Science. 2018. V. 359. № 6381. P. 1251–1255.
- Johann L., Shapiro S.A., Dinske C. The surge of earthquakes in Central Oklahoma has features of reservoir-induced seismicity // Scientific Reports. 2018. V. 8. № 1.
- Lee H.S., Cho T.F. Hydraulic characteristics of rough fractures in linear flow under normal and shear load // Rock Mech. Rock Eng. 2002. V. 35. № 4. P. 299–318.
- Li L., Lee S.H. Efficient field-scale simulation of black oil in a naturally fractured reservoir through discrete fracture networks and homogenized media // SPE Reserv. Eval. Eng. 2008. V. 11. № 4. P. 750–758.
- Lie K.-A. An introduction to reservoir simulation using MATLAB: User Guide for the Matlab Reservoir Simulation Toolbox (MRST). SINTED ICT. 2016. 392 p.
- McClure M.W. Modeling and characterization of hydraulic stimulation and induced seismicity in geothermal and shale gas reservoirs: Doctoral dissertation. Stanford University. 2012. 369 p.
- McGarr A. Maximum magnitude earthquakes induced by fluid injection // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2014. V. 119. № 2. P. 1008–1019.
- McGarr A., Bekins B., Burkardt N. et al. Coping with earthquakes induced by fluid injection // Science. 2015. V. 347. № 6224. P. 830–831.
- Mortezaei K., Vahedifard F. Multi-scale simulation of thermal pressurization of fault fluid under CO2 injection for storage and utilization purposes // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2017 V. 98. P. 111–120.
- Noda H., Dunham E.M., Rice J.R. Earthquake ruptures with thermal weakening and the operation of major faults at low overall stress levels // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. American Geophysical Union (AGU). 2019. V. 114. № B7. https://doi.org/10.1029/2008jb006143
- Norbeck J., Horne R. Injection-Triggered Seismicity: An Investigation of Porothermoelastic Effects Using a Rate-and-State Earthquake Model. PROCEEDINGS, Fourtieth Workshop on Geothermal Reservoir Engineering Stanford University, Stanford, California, January 26-28, 2015. SGP-TR-204.
- Norbeck J., McClure M., Horne R. Revisiting Stimulation Mechanism at Fenton Hill and an Investigation of the Influence of Fault Heterogeneity on the Gutenberg-Richter b-value for Rate-and-State Earthquake Simulation. PROCEEDINGS, 41st Workshop on Geothermal Reservoir Engineering Stanford University. Stanford, California. February 22-24, 2016. SGP-TR-209.
- Norbeck J., McClure M., Lo J., Horne R. An embedded fracture modeling framework for simulation of hydraulic fracturing and shear stimulation // Computational Geosciences. 2015. V. 20(1). P. 1–18. doi: 10.1007/s10596-015-9543-2
- Norbeck J., Horne R.N. Maximum magnitude of injection-induced earthquakes: A criterion to assess the influence of pressure migration along faults // Tectonophysics. 2018. V. 733. P. 108–118. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tecto.2018.01.028
- Okazaki K., Katayama I. Slow stick slip of antigorite serpentinite under hydrothermal conditions as a possible mechanism for slow earthquakes // Geophysical Research Letters. 2015. V. 42. № 4. P. 1099–1104.
- Riga V., Turuntaev S. Induced Seismicity Modeling Based on Two-Parameter Rate-and-State Law // Izvestiya, Physics of the Solid Earth. 2021. V. 57. № 5. P. 627–643. doi: 10.1134/S1069351321050153
- Riga V., Turuntaev S. Modeling of fault deformation driven by fluid injection // Trigger effects in Geosystems, Springer Proceedings in Earth and Enviromental Sicences, Springer, Cham. 2019. P. 279–288. doi: 10.1007/978-3-030-317970-0_30
- Rubinstein J.L., Mahani A.B. Myths and Facts on Wastewater Injection, Hydraulic Fracturing, Enhanced Oil Recovery, and Induced Seismicity // Seismological Research Letters. 2015. V. 86. № 4. P. 1060–1067.
- Ruiz-Barajas S., Sharma N., Convertito V. et al. Temporal evolution of a seismic sequence induced by a gas injection in the Eastern coast of Spain // Scientific Reports. 2017. V. 7. P. 2901.
- Scuderi M.M., Collettini C. The role of fluid pressure in induced vs. triggered seismicity: insights from rock deformation experiments on carbonates // Scientific Reports. 2016. V. 6. P. 24852.
- Scuderi M.M., Collettini C. Fluid Injection and the Mechanics of Frictional Stability of Shale-Bearing Faults // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2018. V. 123. № 10. P. 8364–8384.
- Shou K.J., Crouch S.L. A higher order displacement discontinuity method for analysis of crack problems // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 1995. V. 32. № 1. P. 49–55.
- Turuntaev S.B., Riga V.Y. Non-linear effects of pore pressure increase on seismic event generation in a multi-degree-of-freedom rate-and-state model of tectonic fault sliding // Nonlinear Processes in Geophysics. 2017. V. 24. № 2. P. 215–225. doi: 10.5194/npg-24-215-2017
- Weingarten M., Ge S., Godt J.W. et al. High-rate injection is associated with the increase in U.S. mid-continent seismicity // Science. 2015. V. 348. № 6241. P. 1336–1340.
- Witherspoon P.A., Wang J.S.Y., Iwai K., Gale J. E. Validity of Cubic Law for fluid flow in a deformable rock fracture // Water Resour. Res. 1980. V. 16. № 6. P. 1016–1024. doi: 10.1029/WR016i006p01016
Дополнительные файлы
