💡这项突破是什么?
认识页岩气工业活动区诱发地震机理并开展断层活化风险评估，对于保障能源开发安全、降低地震灾害风险、推动产业可持续发展具有重要意义。这一研究方向不仅有助于工业活动区建立科学的地震风险防控体系，也能为政府和企业联合制定合理的规划与施工方案、优化监测与预警措施提供坚实支撑。在陶玮研究员和鲁人齐研究员等人的指导下，中国地震局地质研究所博士研究生杨旭航系统梳理了全球相关研究，总结出四种主要的工业活动诱发地震机理(图1)：流体孔隙压力扩散、孔弹耦合效应、热应变效应和断层蠕滑，以及一类发生大量地震而可能产生的级联触发机制。文章详细综述了这些机理的控制方程与典型案例，总结了其地质构造条件、物理过程及地震活动的时空特征。
由于工业活动区的中强地震往往源于先存断层在上述机制影响下的重新活化，研究结合断层稳定性分析，介绍了在区域应力场和注采扰动作用下的断层滑动风险评估方法，并探讨了诱发地震最大震级、延迟触发及主控机制识别等关键问题和对策。研究提出，应在施工前探测先存断层并开展风险评估，合理选址规避高风险断层，同时结合实时监测与数值模拟分析，以降低诱发中强地震的风险（图2）。
在页岩气开发区，流体扩散和孔弹效应是最常见的两类诱发地震机制，但现有多数断层活化风险评估方法仅考虑流体扩散的作用，而忽视孔弹耦合效应，难以全面反映断层活化风险。针对这一不足，本项研究提出了一种同时考虑流体扩散与孔弹效应的风险评估框架PDPE-FR（Pore pressure Diffusion - Poroelastic Effects Fault Reactivation）。在川渝地震科学研究中心的支持下，将该方法用于四川泸州页岩气田，针对研究区内储层深度的断层开展断层活化风险评估。
该项研究收集了泸州地区地质构造、工业施工信息等资料，建立有限元模型模拟两类机制下的扰动应力场。基于归一化断层滑动趋势和静态库仑应力提出断层活化判据，并在考虑不确定性的情况下，依赖断层展布、震源机制、原地应力场、模拟扰动应力场数据，研究计算了在距断层不同距离设置注液点时断层的活化概率分布（图3）。
研究计算结果显示：在远场施工时，研究区福集向斜内NNE向断层活化概率较高（约50%–80%）；在近场施工时，几乎所有走向的断层都表现出高活化概率（约50%–90%）（图4）。断层与水平压裂井的距离控制了流体孔隙压力扩散与孔弹效应在断层活化过程中的相对主导作用，这一发现同样也说明了孔弹耦合效应在页岩气开发区的断层活化风险评估工作中不可忽视。
为进一步检验PDPE-FR方法的鲁棒性，本研究在单个注液井及整个页岩气开发区两个尺度下，综合注液施工时段与地震观测数据，对计算得到的断层滑动概率进行验证。结果显示，高滑动概率断层与泸州地区的地震活动和工业活动存在高度时空吻合，约72%的地震事件发生在预测活化概率超过50%的断层上，证明了该方法的可靠性。
本研究一方面揭示了泸州页岩气田观测到的诱发地震所涉及的两种主控机制，另一方面提出的PDPE-FR方法也具有普适价值，可为其他工业活动区的施工方案设计和红绿灯系统分析提供科学依据和参考方案。以上内容于2025年分别发表于《Tectonophysics》和《地球物理学报》。研究受中央级公益性科研院所基本科研业务专项（IGCEA2103, IGCEA2007, IGCEA2406），国家自然科学基金项目（42074118），重点实验室开放基金（LED2023B06）共同资助。
参考文献：
杨旭航, 陶玮*, 鲁人齐*，詹艳，张国宏. 2025. 气液注采工业活动诱发地震机理及其断层滑动风险评估综述. 地球物理学报, 68(1): 1-35, doi:10.6038/cjg2024R0693.
Yang X, Tao W*, Lu R*, Li D, Zhang W. 2025. Quantitative assessment of fault reactivation risk based on pore pressure diffusion and poroelastic effects: Application to the Luzhou shale gas field, Sichuan, China. Tectonophysics, 913(230876),
