來源：【中國科學院】
斷層封閉性和穩定性是較多地質工程建設中必須考慮的問題。諸如地下油氣藏開采、核廢物地質處置、幹熱岩增強地熱系統和CO2地質封存等作業時會擾動地應力，繼而存在劣化相鄰斷層的封閉性和結構穩定性的風險。前人對于斷層應力擾動對應變和滲透率耦合作用機制研究較少。特别是在含成核斷層泥結構中，斷層面和斷層泥等内部應變整體滲透率相互影響機理缺乏有效實驗手段進行觀測。
針對這一問題，中國科學院武漢岩土力學研究所二氧化碳地質封存研究團隊在斷層内部（伊利石斷層泥和頁岩斷層面）和斷層外部（環向和軸向）埋設高精度光纖布拉格光栅傳感器，采用恒靜水圍壓應力模拟斷層在原始地應力環境下，通過改變靜水圍壓應力模拟斷層受到應力擾動，結合壓力脈沖法連續同步測量應力擾動下斷層的内外部應變響應和滲透率演化規律。結果表明：應變和滲透率之間沒有明顯關系，滲透率主要由有效應力控制；當原始地應力恒定時，未固結的斷層泥會産生明顯蠕變現象；滲透率演化規律與有效應力呈明顯的指數關系。此外，研究發現，當有效應力小于原始地應力時，斷層會産生明顯的界面流，類似流體在斷層破壞區的流動；當有效應力大于原始地應力時，斷層泥的法向應變控制着斷層整體結構的體積應變，并控制着整體滲透率的演化規律；在應力擾動下，斷層厚度方向的變形最大。因此，當儲層開發過程中無法避免對斷層的擾動時，應首先避免斷層泥厚度垂直方向的應力擾動。該研究為地質工程開發和建設中斷層受到擾動時的斷層封閉性和結構穩定性評價提供了技術和理論支持。
研究工作得到國家自然科學基金和岩土力學與岩土工程國家重點實驗室開放基金的支持。
論文鍊接
圖1.樣品制備及FBG傳感器布設。a-e、将直徑0.2 mm的FBG傳感器分别布設于内部斷層面、内部斷層泥、外部環向和外部軸向；f、外部塗上矽膠，分隔孔壓和圍壓體系。
圖2.應力擾動下斷層應變的時程演化曲線：a-d分别是斷層外部軸向、内部斷層面、内部斷層泥和外部環向的應變時程演化曲線。
圖3.應力擾動時應力、滲透率與體積應變的關系曲線
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