全球干热岩资源开发诱发地震活动和灾害风险管控，干热岩

干热岩（深层地热）作为一种绿色可再生的新型能源，其开发利用是实现“双碳目标”的重要组成部分。由于干热岩位于地壳浅部3~10 km，当采用增强型地热系统（EGS）等通用方式开发时往往伴随着地壳应力状态的扰动，部分开采项目发生了较大震级的有感地震事件，甚至造成明显灾害，亟待实现科学利用和风险管控。

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）早在1970年代就开始探索进行人工建造储层中提取热能的技术，内华达大学1972年就开始关注芬顿山（Fenton Hill）干热岩开采实验的地震危险性问题。但直到瑞士巴塞尔（basel）干热岩开采区2006年发生3.4级地震并造成项目终止，地震减灾问题才引起广泛重视。2017年韩国浦项（Pohang）干热岩开采区发生高达Mw5.4地震，则使得这一领域研究快速成为国际上的研究热点。

中国地震局地球物理研究所蒋长胜研究员团队在《地球物理学报》2021年第11期发表了题为“全球干热岩资源开发诱发地震活动和灾害风险管控”的综述文章，第一作者为尹欣欣。系统总结了全球干热岩开采诱发地震的总体情况、典型案例，整理了在成因和机理研究、地震灾害风险管控和缓解等方面的研究进展。

对全球79项干热岩开采项目的系统性分析表明，诱发地震最大震级超过2.0级的占68.8%、超过3.0级的达到31.2%，其中最大的诱发地震事件达到MW5.5。最大震级的诱发地震可发生在注水压裂、关井后、循环生产等各阶段，破坏性地震的发生主要与过井断层或井场周围断层的活化有关。鉴于诱发地震活动的普遍性，减轻地震灾害风险成为干热岩地热资源开发不可回避的重要事项。

图1 全球干热岩开采项目及其最大诱发地震的空间分布

调查研究表明，当前国际上关于干热岩开采诱发地震的成因机理有多种解释，且普遍认为主要是固-液-热-化学等多场耦合的结果。通过综述前人研究成果可发现，目前对累积注水体积、注水速率与最大诱发震级之间的统计规律并没有“普适性”，其中关井后仍发生地震甚至更大震级地震的“尾随效应”在机理上尚未探明。此外，由于成因机理和地震活动特征存在显著差异，前瞻性预测需要采用“一井一策”的方式。这些均使得干热岩开采诱发地震的灾害风险管控面临一定的科学挑战，同时也是该领域保持国际前沿热点的主要原因。

在现有的缓解诱发地震灾害风险技术上，目前国际上普遍采用结合地震监测的流体科学注入策略、对注采策略进行验证校准、持续开展地震活动监测等系列措施。但缓解诱发地震灾害风险仍面临诸多挑战，包括在对储层的临界应力状态和应力时空演化的量化描述、地热储层内的先存断层与裂缝的探测识别、可有效管控地震发生的流体注入策略等等。而利用地热储层实时感知信息技术、采用新的注入热交换载体、发展前瞻性的地震预测方法是该领域目前重点关注的技术方向。

未来我国的干热岩资源开发和减轻地震灾害风险，需要借鉴国际上干热岩资源开发利用中的经验教训、科学研究进展，亟待建立开采场地安全性和灾害风险评价、多学科的地震监测网络和分析技术、地震灾害风险管控红绿灯系统等技术体系，并加强关井后的尾随现象、多场耦合等重点科学问题的基础研究。