随着“双碳”战略和能源转型的推进，地下流体注入在深部地热能开发、氢气地下存储、二氧化碳地质封存以及页岩气开采等领域广泛开展。然而，诱发地震风险常常伴随着地下流体注入活动，严重制约当代深地工程的安全高效实施。更为严峻的是，在许多增强型地热系统（EGS）中，最大震级的诱发地震往往并非发生在注入过程中，而是在注入结束数小时甚至数年之后（见论文附表S1）。
为应对流体注入诱发地震风险，学界和业界提出了诸多风险控制策略，如循环柔性注入（Cyclic soft stimulation）、裂隙约束井（Fracture caging）和同步流体抽取（Simultaneous fluid extraction）等技术，并普遍部署了“红黄绿”三色交通灯预警系统（Traffic Light System, TLS）。在施工现场，一旦监测到地震活动超过预设阈值，TLS系统将触发响应机制，如减小注入速率、降低注入压力，甚至立即停止注入。尽管这些方法在控制注入过程中的诱发地震方面取得了一定成效，但注入停止后的地震风险防控仍缺乏可靠手段。
事实上，已有多个干热岩项目表明，仅仅通过“立即停注关井”并不能有效遏制停注后诱发地震的发生。部分研究指出，即刻进行“放喷或返排”有助于降低注入后的地震风险，尤其是在储层渗透率较低但注入井与断层之间存在强水力连通的地热系统中。另一种观点则主张实施“渐缓停注关井”策略，通过逐渐减小注入速率，温和地释放储层内的流体压力和固体应力，从而降低诱震风险。因此，关于何种关井策略最为有效，目前尚无定论，相关认识仍存在显著分歧。
图1. 实验室尺度试验与工程尺度数值模拟及关井策略示意。(A)实验室尺度试验中的试样。注入孔用于向含岩体界面的干热岩样品中注入蒸馏水，并执行不同的关井策略；监测孔用于记录远离注入端的孔隙压力变化。(B)用于模拟韩国浦项干热岩储层中孔隙压力演化的现场尺度数值模型（红点为韩国浦项的地理位置），包括两条断层及注入井PX-1和PX-2的裸眼段（修改自Yeo等，2020）。MW 3.2级与MW 5.5级地震均发生在主断层上。(C)实验与模拟中采用的关井策略示意图。“立即停注关井”通过将注入速率设为0 mL/min来实现；其余三种策略通过将孔压下降速率控制在0.1、0.01和0.001 MPa/s来实现，分别模拟“高速返排”、“低速返排”及“渐缓停注关井”过程。
通过实验室尺度水力剪切试验与工程尺度干热岩储层模拟相结合的方式，本研究系统化探究了不同“关井策略”对储层中流体压力扩散和应力演化的影响（图1）。在试验中，团队在代表性干热岩储层岩体界面上开展了不同速率的流体降压水力剪切试验，以模拟和对比不同关井方案对关井后断层行为的影响。在此基础上，借助对韩国浦项干热岩储层的精细数值建模与地震序列分析，进一步比较了不同关井策略影响下的工程尺度储层响应。结果显示，“停注-返排”策略能够在注入终止后快速降低储层流体压力与断层库伦应力，进而显著抑制诱发地震。研究团队进一步的定量分析表明，若浦项地热项目在第三次水压致裂作业中实施“停注–返排”策略，则原本发生在停注阶段的MW 3.2级前震有可能得到有效抑制，进而避免其向MW 5.5级主震震源区施加库伦应力扰动。在此情形下，破坏性的MW 5.5级浦项地震有可能被避免（图2）。
图2. 立即停注关井（实际）和停注-返排关井（模拟）策略下MW 5.5级地震的超越概率。通过实施“停注-返排”关井策略，MW 5.5级地震超越概率急剧下降，意味着破坏性的MW 5.5级浦项地震有可能被避免。
本研究为深部地热资源开发等当代深地工程中“后注入阶段”诱发地震风险的管控提供了新的思路。由该团队提出并验证的“停注–返排”关井策略，在弱孔弹效应的低渗储层中展现出显著的减震潜力，可有效降低注入结束后的诱发地震风险。该策略未来有望在我国华南（如海南）、苏北（江苏泰州）、华北（河北马头营）、华东（福建漳州）及西北（青海）等典型深部地热储层的工程实践中推广应用。文章还指出，在裂隙高度发育、孔弹效应显著的深部地热储层中，“停注–返排”关井策略的减震有效性可能受到断层赋存特性的显著影响。因此，其适用性与参数设计仍需结合具体储层地质力学条件开展深入研究与优化评估。
上述成果以Alleviating post-injection seismic hazard in enhanced geothermal systems: Insights from a multi-scale study为题，近期发表于国际地学自然指数（Nature Index）期刊Earth and Planetary Science Letters。304永利集团官网入口冀胤霖研究员为论文第一兼通讯作者，张苏鹏博士后为共同第一作者，合作者还包括GFZ德国波茨坦地学中心的Günter Zimmermann教授和Hannes Hofmann教授，美国科罗拉多大学的Shemin Ge教授，韩国全南国立大学的In-Wook Yeo教授以及中国科学院地质与地球物理研究所的李守定正高级工程师。本研究得到了304永利集团官网入口高层次人才启动资金（1480604122）的资助。
论文信息：Ji, Y., Zhang, S., Hofmann, H., Yeo, I. W., Ge, S., Zimmermann, G., & Li, S. (2025). Alleviating post-injection seismic hazard in enhanced geothermal systems: Insights from a multi-scale study. Earth and Planetary Science Letters. （https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119579）
图文：冀胤霖
审核：唐朝生
