Characteristics of large⁃displacement based dynamic shearing⁃flow through the fractures in the granitic hot dry rock mass
ZHAO Peng;FENG Zijun;NAN Hanmo;LI Jie
水力剪切是干热岩地热、页岩气等深部能源开采的又一重要技术手段,水力剪切在提高储层渗透性的同时还会诱发地震。水力剪切增透和注入诱发地震的本质均是节理裂隙/ 断层的剪切-渗流。为深入研究不同诱因下,节理裂隙/ 断层岩体的剪切-渗流特性演化特征,利用自主研发的高围压大位移实时剪切渗流装置,研究了花岗岩干热岩体裂隙在剪切蠕变、剪应力增加、水压力增加和位移速率增加4 种诱因引起的滑动过程中的渗流特征,并利用现有的速率-状态方程分析了诱发地震过程中裂隙/ 断层的摩擦特性。结果表明:① 在三轴静水压力下,花岗岩裂隙内的注水压力与注水流量之间呈线性关系,裂隙的等效张开度与渗透率随法向应力的增加呈负指数衰减特征。② 剪切蠕变、注水压力、剪切应力速率和剪切位移速率4 种诱因所引起的裂隙/ 断层的黏滑均导致裂隙/ 断层的渗透性显著增加,且滑移变形和滑移速率越大,渗透率增幅越大。4 种诱因中,剪切蠕变引起的渗透率增幅最小,剪切应力速率引起的渗透率增幅最大。③ 在剪切-渗流过程中,速率-状态摩擦定律仍然可以用于分析裂隙/ 断层的稳定性特征,随着黏滑次数的增多,剪切应力降、b 值(即摩擦因数随时间或变形的降幅)及滑移速率等摩擦参数在规则黏滑中以对数形式增长,断层滑移的不稳定程度增加;而在混沌黏滑中,上述参数符合朗格缪尔方程,并趋向于0,断层滑移的不稳定程度降低。
hydro⁃shearing;injection⁃induced seismicity;shearing⁃flow;hot dry rock geothermal energy;reservoir mod⁃ ification
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