煤炭学报

作者：蔡武, 汪林志, 王志驿, LEE J. Hosking, 焦彪, 史星星,

关键词：断层活化, 注水, 压裂, 震动响应, 声发射监测, 震源机制,

矿区断层活化诱发冲击地压与矿震危害大，地面注水压裂作为调控断层活化减震技术极具潜力，但其诱发断层活化/滑移的力学驱动过程及其震动响应规律尚不明确。以注水压裂钻孔与断面连通和不连通2种现场工况为研究背景，开展了真三轴应力条件下注水压裂诱发断面滑移试验研究。首先，制备断面倾角45°、注水压裂钻孔与断面连通和不连通2种断面试样，尺寸为150 mm×150 mm×150 mm；然后，采用自主研发的真三轴应力加载系统模拟临界断面滑移应力环境，其中，连通试样应力环境为10、12、20 MPa，不连通试样为5、6、10 MPa；试验期间，全程监测断面滑移位移、注水速率、注水压力、声发射等参数，试验结束后采用CT技术对不连通试样进行三维裂隙扫描；最后，结合声发射时空分布、震源机制反演、CT扫描探测、力学机制等分析，证实了孔隙压力主导型和孔隙弹性耦合主导型2种注水压裂诱发断层活化/滑移的力学机理及其震动响应规律。结果表明：注水压裂全程可产生孔隙弹性耦合主导型断层滑移，期间在注水初期孔底部产生应力集中形成初始裂隙，然后压裂裂隙沿初始裂隙扩展，并沿垂直于断面切向应力方向发育延伸，直至与断面贯通诱发孔隙压力主导型断层滑移；断层滑移的震源类型主要表现为压缩剪切型，注水压裂破坏的震源类型主要表现为拉伸剪切型，对应的声发射事件均主要分布在断面及注水孔底附近；断层摩擦因数随着注水速率的变化会产生及时响应，以维持断层稳态滑移，且随着注水速率的增加呈现出先增加后减小的规律，验证了注水速率调控断层滑移速率的可行性，同时，分析得出低渗透地层调控断层滑移采用断层直接注水效果更好，高渗透地层采用注水压裂调控效果更优。研究结果可为断层附近注水压裂及其诱发断层活化/滑移信号的震动类型识别与诱发地震调控提供参考。

来源：2025年第12期

《煤炭学报》期刊编辑部

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