隨著工業(yè)化的進(jìn)程，人類(lèi)活動(dòng)與自然的關(guān)系越來(lái)越受到關(guān)注。建成投產(chǎn)于2013年6月的新疆呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)是我國(guó)目前最大的地下儲(chǔ)氣庫(kù)。在其運(yùn)行之前，周邊區(qū)域地震活動(dòng)性較弱。而在儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行之初，附近10 km范圍內(nèi)出現(xiàn)兩個(gè)3級(jí)以上地震，引發(fā)了諸多討論，然而對(duì)其機(jī)制并未形成共識(shí)。同時(shí)，隨著儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行及地震觀測(cè)的持續(xù)，多周期循環(huán)存儲(chǔ)作用對(duì)區(qū)域地震活動(dòng)的影響也值得進(jìn)一步研究與討論。相關(guān)研究可為減輕地震災(zāi)害、保障工業(yè)設(shè)施安全提供依據(jù)。

本研究基于新疆北天山區(qū)域2011年至2019年的固定臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)和“呼圖壁計(jì)劃”的流動(dòng)臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，利用模板匹配技術(shù)獲取了呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)周邊區(qū)域較完備的地震目錄，檢測(cè)后區(qū)域完備震級(jí)由1.0級(jí)下降至0.6級(jí)；并利用基于波形互相關(guān)技術(shù)的雙差定位方法確定檢測(cè)事件的震源位置，超過(guò)一半（684個(gè)）的地震活動(dòng)被定位于儲(chǔ)氣庫(kù)周?chē)?/span>10 km的研究區(qū)域中?；谥囟ㄎ缓蟮臋z測(cè)事件目錄，我們分析了地震活動(dòng)時(shí)空演化特征。研究表明，儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行后區(qū)域地震活動(dòng)頻度顯著增加，且增加的地震活動(dòng)主要集中在庫(kù)區(qū)6 km以?xún)?nèi)、深度10 km以上的區(qū)域，并形成兩個(gè)產(chǎn)狀共軛的地震叢集。在庫(kù)容擴(kuò)張階段，地震活動(dòng)多起始于注氣邊界，非均勻氣體注入引起的局部應(yīng)變集中可能是地震活動(dòng)開(kāi)始的主要原因。同時(shí)，在地震序列演化的過(guò)程中還觀測(cè)到擴(kuò)散率接近2 m/s2的地震遷移現(xiàn)象，推測(cè)在應(yīng)力加載的作用下，下伏的飽和烴源巖中滯留的油氣被擠出并沿著斷層向淺部遷移，從而導(dǎo)致斷層弱化，誘發(fā)地震。在儲(chǔ)氣庫(kù)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段后，地震活動(dòng)在區(qū)域主要斷層上以相對(duì)分散的小震級(jí)的形式再次活動(dòng)，并呈現(xiàn)從深部向淺部遷移的特征，推測(cè)主要由天然氣循環(huán)加/卸載引起的殘留深部流體運(yùn)移導(dǎo)致。

圖1 （a）研究區(qū)域地圖。流動(dòng)臺(tái)和固定臺(tái)分別用藍(lán)色和黑色三角形表示，呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)用黃色標(biāo)出，藍(lán)色方框標(biāo)出了本研究的研究區(qū)域，粉色和紅色圓圈分別代表CENC原始目錄和重定位后的模板地震事件。（b）呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)周邊區(qū)域放大圖。對(duì)應(yīng)于圖a中的黑色虛線方框。（c）震級(jí)-頻度分布圖和G-R定律擬合

圖2 天然氣第二次注入期間震源遷移示意圖。烴源地層中的巖石可能是多孔并且部分飽和的，受到呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)注氣造成的應(yīng)力局部集中影響，烴源地層中的微裂縫被打開(kāi)，其中滯留的油氣凝聚并沿著先前存在的斷層向淺部遷移，導(dǎo)致斷層滑動(dòng)，產(chǎn)生地震

本研究的創(chuàng)新點(diǎn)包括：1. 利用模板匹配及地震精定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)了圍繞儲(chǔ)氣庫(kù)地震活動(dòng)時(shí)空演化特征的多周期連續(xù)觀測(cè)；2. 除發(fā)生在儲(chǔ)氣庫(kù)擴(kuò)容階段的地震活動(dòng)外，在儲(chǔ)氣庫(kù)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段后再次觀測(cè)到與注氣活動(dòng)相關(guān)的地震活動(dòng)，提示了儲(chǔ)氣庫(kù)的運(yùn)行依舊持續(xù)影響著區(qū)域地震活動(dòng)，有必要進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)；3. 儲(chǔ)氣庫(kù)運(yùn)行相關(guān)的地震活動(dòng)一開(kāi)始主要受非均勻注氣在注氣邊界引起的局部應(yīng)力集中的影響，而天然氣循環(huán)加/卸載引起的深部殘留流體向淺部運(yùn)移是地震表現(xiàn)出遷移特征的主要原因。

本研究對(duì)新疆呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)周?chē)卣鸹顒?dòng)性開(kāi)展了多周期連續(xù)觀測(cè)，相關(guān)成果可為工業(yè)活動(dòng)誘發(fā)地震的研究提供有益參考，為減輕地震災(zāi)害、保障工業(yè)設(shè)施安全提供依據(jù)。成果2022年發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《Scientific Reports》（Zhang B, Wang B, Wei B, et al. Spatiotemporal evolution of seismicity during the cyclic operation of the Hutubi underground gas storage, Xinjiang, China[J]. Scientific Reports, 2022, 12(1): 1-14.），受?chē)?guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41790462，41804059，41904084和41561164018）共同資助。

【作者簡(jiǎn)介】

張博，男，1990年生，2013年本科畢業(yè)于防災(zāi)科技學(xué)院，2022年畢業(yè)于中國(guó)地震局地球物理研究所，獲理學(xué)博士學(xué)位。以第一作者發(fā)表學(xué)術(shù)論文2篇。主要從事地震檢測(cè)與定位、誘發(fā)地震機(jī)制分析等方面的工作。