近日，《自然•通讯》（Nature Communications）在线发表了江国焰研究员在地热开采诱发地震和形变方面的最新研究成果，论文题目为：Relatively stable pressure effects and time-increasing thermal contraction control Heber geothermal field deformation（相对稳定的孔隙压力效应和随时间增加的热收缩效应控制了美国Heber地热场变形）。江国焰研究员为论文第一作者和通讯作者，美国联邦地质调查局Andrew J. Barbour为论文共同通讯作者，湖北珞珈实验室和武汉大学为共同署名单位。
地热能是一种可再生的无碳能源。开发利用地热能对保障国家能源安全、调整能源结构、和实现“双碳目标”等有重要意义。然而，开采地热能资源可能会引起地面沉降和地震发生等地质灾害。确定这些灾害的发生机理是一项非常有挑战性的工作，对减轻灾害和保障地热能安全开发至关重要。这类问题在全球范围内受到广泛关注。
目前，国外学者提出了多种物理机制来解释地热田变形，包括储层压力耗竭、孔弹性收缩、热弹性收缩和无震断层滑动等。对于真实的地热开采场，这些机制往往会同时发生作用。然而，目前我们尚不清楚这些机制在时间和空间上是如何演变的。造成这一问题没有得到解决的主要原因是缺少地表形变大地测量长期观测、难以为地热田多场耦合数值模拟建立比较真实的3D地质模型。
为研究美国加州Heber地热场变形的物理机制并量化其在时空的演变，江国焰研究员与合作者搜集并分析了20多年的大地测量和地震学观测数据，通过整合地质和地球物理学相关资料构建了一个真实的3D热-水-力学模型，并提出了利用地表形变大地测量观测和地热开采生产数据校正3D地质模型的方法。
此外，他们还发现：（1）Heber地热场西部和东部地区在注水阶段发生的地表沉降异常分别与中心区域的“虹吸”效应以及不断增强的热收缩效应有关；（2）在Heber地热场开采历史中，孔隙压力波动和孔弹效应对地热场变形的影响保持相对稳定，热收缩效应的影响随着时间不断增加，经过30多年的开采，热收缩效应比前两者的效应大2-3倍；（3）Heber地热场地表形变和地震活动增长的长期趋势由热效应控制，孔隙压力效应只驱动瞬时变化。
美国Heber地热场注采量、地震活动和地表垂直形变的时间演化趋势
论文中提出的整合大地测量、地球物理和地质等多学科手段来解析Heber地热场多种变形机制时空演化的方案也适用于其他复杂的地热系统，可以为减轻地质灾害和保障地热场安全稳定运行提供支撑。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-49363-1
来源 | 武汉大学测绘学院
排版 | 史凤玲
编审 | 综合办公室
