隨著深部地?zé)帷⑻挤獯媾c頁巖油氣等工程的持續(xù)推進(jìn)，注采作業(yè)停止后延遲發(fā)生的強(qiáng)震（即“延遲誘發(fā)地震”）問題愈發(fā)突出，已成為制約相關(guān)產(chǎn)業(yè)安全生產(chǎn)的瓶頸。這類地震普遍表現(xiàn)為顯著的滯后性，且震中遠(yuǎn)離核心作業(yè)區(qū)，往往難以通過基于實(shí)時(shí)閾值的“紅綠燈”類管控策略實(shí)施有效管控。因此，深入揭示其物理機(jī)理，并發(fā)展與之相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法與工具，已成為工程地球物理領(lǐng)域一項(xiàng)緊迫的科研需求。

中國(guó)地震局地球物理研究所祝愛玉研究員團(tuán)隊(duì)，研發(fā)了一套滲流-應(yīng)力-速率-狀態(tài)摩擦全耦合的高精度數(shù)值模擬方法。該方法采用全隱式耦合求解方案，同步求解位移、孔隙壓力、滑動(dòng)速率等核心變量，能夠再現(xiàn)工業(yè)注采過程中斷層滑移的全序列演化，完整刻畫了從無震滑移到地震破裂的轉(zhuǎn)變過程?；谠撃Ｐ偷南到y(tǒng)數(shù)值實(shí)驗(yàn)，揭示了延遲誘發(fā)地震的關(guān)鍵物理機(jī)制：在停注之后，盡管孔隙壓力擴(kuò)散顯著減慢，但孔彈性效應(yīng)引發(fā)的體積壓縮仍會(huì)沿?cái)鄬泳徛齻鞑??？紫秹毫U(kuò)散、孔彈性應(yīng)力傳遞與區(qū)域構(gòu)造背景應(yīng)力在時(shí)空上的協(xié)同作用，使得斷層某些區(qū)段的剪切應(yīng)力與有效正應(yīng)力之比先達(dá)到失穩(wěn)臨界條件，從而觸發(fā)延遲地震。這一機(jī)制解釋了野外觀測(cè)中“孔隙壓力峰值位置與最大同震滑動(dòng)位置不一致”的常見現(xiàn)象。

研究量化了流體-固體耦合效應(yīng)對(duì)地震時(shí)序、位置的影響，證實(shí)了完全耦合模型能更真實(shí)反映地震延遲特性，修正了傳統(tǒng)解耦/單向耦合模型導(dǎo)致的延遲時(shí)間預(yù)測(cè)偏差。通過大規(guī)模參數(shù)掃描，構(gòu)建了經(jīng)驗(yàn)化的注入速率-滲透率（IR-k）相圖，清晰劃分出“即時(shí)觸發(fā)”“延遲觸發(fā)”與“無觸發(fā)”三個(gè)區(qū)域，從而為現(xiàn)場(chǎng)注采方案優(yōu)化、風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控與工程安全決策提供了可靠的物理依據(jù)和前瞻性評(píng)估工具。

圖1 (a)斷層中點(diǎn)的應(yīng)力變化及累積滑移量；（b）整條斷層的累積滑移隨時(shí)間的變化

圖2 （a-f）孔隙壓力擴(kuò)散特征；（g-h）斷層中點(diǎn)的孔隙壓力隨時(shí)間的變化

圖3 孔隙彈性變化特征

圖4 四種不同模型預(yù)測(cè)的地震發(fā)生時(shí)間及累積位移量

圖5 全耦合模型給出的注入速率-滲透率（IR-k）相圖，兩條曲線將區(qū)域劃分為三個(gè)不同的部分：”注入期地震（白色）、延遲地震（紅色）和無地震（灰色），星形標(biāo)記的顏色表示首次誘發(fā)地震的延遲時(shí)間。

研究成果2026年發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《Geophysical Journal International》（Li J. H, Zhu A. Y.*, Li Y H., Cui G.L., Jiang C. S., 2026. The poroelastic stress and pore pressure effects on delayed seismicity based on fully coupled fluid-solid simulations and rate-and-state friction laws, Geophys. J. Int., 244, 1–16, https://doi.org/10.1093/gji/ggaf536）。本研究受國(guó)家自然基金項(xiàng)目（42374120）、深地國(guó)家科技重大專項(xiàng)（2024ZD1000501）和中國(guó)地震局地球物理研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（DQJB23B25, DQJB25X25）共同資助。

【作者簡(jiǎn)介】

第一作者：李佳豪，博士研究生，主要從事誘發(fā)地震機(jī)理研究。

通訊作者：祝愛玉，研究員，主要從事數(shù)值模擬與地震危險(xiǎn)性研究。E-mail: aiyuzhu@cea-igp.ac.cn