斷層封閉性和穩(wěn)定性是許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、干熱巖增強地熱系統和CO₂地質封存等作業(yè)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(wěn)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。特別是在含成核斷層泥結構中，斷層面和斷層泥等內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，中國科學院武漢巖土力學研究所二氧化碳地質封存研究團隊在斷層內部（伊利石斷層泥和頁巖斷層面）和斷層外部（環(huán)向和軸向）埋設高精度光纖布拉格光柵傳感器，采用恒靜水圍壓應力模擬斷層在原始地應力環(huán)境下，通過改變靜水圍壓應力模擬斷層受到應力擾動，結合壓力脈沖法連續(xù)同步測量應力擾動下斷層的內外部應變響應和滲透率演化規(guī)律。結果表明：應變和滲透率之間沒有明顯的關系，滲透率主要由有效應力控制；當原始地應力恒定時，未固結的斷層泥會產生明顯蠕變現象；滲透率演化規(guī)律與有效應力呈明顯的指數關系。此外，發(fā)現當有效應力小于原始地應力時，斷層會產生明顯的界面流，類似于流體在斷層破壞區(qū)的流動；當有效應力大于原始地應力時，斷層泥的法向應變不僅控制著斷層整體結構的體積應變，而且還控制著整體滲透率的演化規(guī)律；最后，在應力擾動下，斷層厚度方向的變形最大。因此，當儲層開發(fā)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(fā)和建設中斷層受到擾動時的斷層封閉性和結構穩(wěn)定性評價提供了技術和理論支持。

　　本研究成果得到國家自然科學基金項目(Nos. 41872210, 41274111, 41874113)和巖土力學與巖土工程國家重點實驗室開放基金(No. Z018002)的共同資助。

　　論文鏈接:https://www.researchgate.net/publication/354087427

圖1 樣品制備及FBG傳感器布設。a-e將直徑0.2 mm的FBG傳感器分別布設于內部斷層面、內部斷層泥、外部環(huán)向和外部軸向。f外部涂上硅膠，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分別是斷層外部軸向、內部斷層面、內部斷層泥和外部環(huán)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