四川盆地长宁-兴文页岩气和盐矿开采区改进的地壳结构、地震活动、应力和孔隙压力特征

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gloriayl2005
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四川盆地南部目前大范围地震活动归因于盐矿开采和页岩气开发的长期流体注入导致的已有断层的不稳定和重新激活。然而,对该地区的构造、破裂特征、诱发机制以及与流体注入的动力学联系仍知之甚少。要提高我们对四川盆地南部下方构造、地震定位、震源机制和诱发地震机制的理解,取决于精确有效的地震学调查,也正是本文的工作。研究区位于四川盆地南部地区,纬度28.0°N-28.6°N,经度104.5°E-105.2°E,包括长宁盐矿和兴文页岩气区块。我们使用了来自稀疏台阵和区域地震台网阵列(分别由10个和86个地震台站组成)地震目录走时数据以及稀疏台阵波形互相关走时差数据;并应用各种地震学方法开展了三项研究工作。首先,我们利用稀疏台阵和区域地震台网联合记录的36314次地震的高质量地震目录,并采用多种方法,包括基于Vp/Vs一致性约束双差地震层析成像、综合结构表征和露头分析,以准确地重新定位地震活动,生成高分辨率三维速度模型,揭示四川盆地诱发地震活动的构造控制。地震重新定位揭示了 Ms>5.0地震的浅震源特征,以及与盐矿和页岩气区相对应的两个不同的孕震带。总体地震活动形成了广泛的线性构造,分别与反射地震和露头解释的断层和断裂趋势非常相似,其中一些延伸至基底。我们的三维地壳速度分析表明,盐矿变化区下方的地震活动与相对较低的Vp/Vs异常有关,而兴文页岩气区块内的大多数小地震与相对较高的Vp/Vs异常有关,表明这两个地区的地震是由不同的机制引起的。长宁盐矿下方4km以浅深度范围内存在一个高Vp/Vs异常带,该异常带与缺乏同震地表变形带相关,起到了有效阻止断裂向上传播破坏的作用。此外,结晶基底顶部与Vp的6.5 km/s等高线吻合,这是该地区地震层析成像研究的新成果。结合露头分析,我们能够构建四川盆地南部诱发地震活动的构造框架,揭示诱发地震活动的一些构造控制。我们建议重新评估四川基底对强震的敏感性,考虑到重定位后地震向下线性发育至基底,这意味着断层的重新激活。其次,我们通过地震层析成像、原位Vp/Vs 比估计、余震迁移规律、应力反演、超孔隙流体压力估计和库仑破裂应力评估,确定准确的震源特征和破裂过程,并分析诱发长宁地区Ms>5.0地震序列所需的主要因素。速度层析成像清楚地揭示了 Ms6.0主震源区对应于高Vp/Vs和异常的低Vs。地震重定位和震源机制结果表明,库仑应力转移的级联向下方式促进了未知的预先存在的倾斜断层的破裂,这是由长宁Ms6.0主震之后的连续库伦应力转移揭示的,起始点在2km深度以上。Vp/Vs比的升高和浅层破裂点归因于组合诱导机制,包括注入流体扩散和盐矿开采导致的储层压实引起的应力扰动,以及富含石英和二氧化硅的高度致脆性盖层的存在,这是浅层地震滑动的有利因素。孔隙压力预测揭示了长宁Ms6.0主震的源区,以高孔隙压力为标志。该高孔隙压力带与高Vp/Vs异常一致,被推断为先前报告水力压裂注水流失的主要证据。这是一种潜在的环境危害,因为如果不治理,未来可能会出现巨大的塌陷。最后,利用稀疏台阵记录的11677个地震的互相关波形走时差数据,以及基于Vp/Vs模型一致性约束双差地震层析成像,确定了兴文页岩气区块内的精确地震位置和高分辨率速度结构,极大地改善了地震定位和地壳速度结果。由此产生的三维高分辨率速度结构具有广泛的横向非均质性,其异常速度带与该地区的普遍结构一致。总的来说,地震活动的特征是低Vp/Vs,对应于中高到高的速度值,表明它们受到结构控制。然而,一些高Vp/Vs区也表现出显著低Vs异常,这些异常区被推断为对页岩气生产具有显著影响的超压水力压裂区。页岩气区块下方精确重新定位的地震活动在空间上呈线性构造,其中大多数被解释为次地震断层,只有少数线性构造与先前描述的断层重合。深度上分析显示,重定位的地震明显集中在2km至5km的区间,覆盖了志留系龙马溪目标页岩地层。这些空间和深度方面改进的重新定位可以被用于发展更新的断层模型。准确定位的震中和震源所揭示的结构特征为更好地了解地震活跃的兴文页岩气区域下方的结构提供了重要指导,持续监测无疑将揭示更多的断层和裂缝,从而提供了对这种发震环境中先前存在断层性质的洞察。
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