就“水库蓄水能否影响地层深部流体压力”与诸位商榷


所有跟贴·加跟贴·新语丝读书论坛

送交者: heartwaver 于 2009-03-09, 21:47:45:

新到资料最近刊登了“Amsel”的帖子《水坝、钻井和地震》(http://xys.org/xys/ebooks/others/science/misc/wenchuan529.txt)及“不写名”的质疑帖子《《水坝、钻井和地震》中的概念错误》(http://xys.org/xys/ebooks/others/science/misc/wenchuan530.txt),探讨对水库蓄水对地层孔隙压力的影响。碰巧笔者对流体力学(渗流力学)略知一二,所以写出来和新雨丝的各位同仁一起探讨。

1.紫坪铺水库蓄水对深部地层流体(孔隙)压力有无影响?

百度来的紫坪铺水库大坝深度为156米,蓄满水后水深为最大156米,这156米高的水在水库地部可以产生的压力为15.6个大气压(每10米水柱可产生1个大气压的压力)。如Amsel所言,地层岩石是有孔隙的,孔隙充满流体(多为水,也有可能是石油和天然气),正常情况下,地层岩石孔隙中流体压力(下面简称地下水压,这个术语不准确,但是好理解)类似于水库蓄水或者装满水的一根根细管子,其地下水压力(孔隙流体压力)等于同高度的水柱造成的压力。也就是说,在水库底部下地层岩石深156米的位置,其地下水压力(孔隙流体压力)即为15.6个大气压(没有考虑水库水的影响)。假设地层岩石孔隙中的地下水和水库水是连通的,那么水库水产生的压力会直接叠加到地下水压力之上,使得水库蓄满水后,地下156米处的水压力变为31.2个大气压。同理,在地下1000米处,地下水产生的液柱压力(孔隙压力或孔隙流体压力)为100个大气压,加上地上水库水产生的15.6个大气压,该深度岩石中的水压变为115.6个大气压。汶川地震震源深度为地下19公里(19000米),也就是说在水库没蓄水时,地下19公里处的地下水压力高达1900个大气压。加上水库蓄水形成的水压(15.6个大气压),总压力为1915.6个大气压。也就是说水库蓄水使得地下水压力仅增加了15.6/1900=0.82%,可见水库蓄水对地下水压力影响是可以忽略的。因此“不说名”认为“整个水库水位的变化可以导致深部孔隙水压力变化”的说法虽然成立,单是其影响是响微乎其微的。
当然,很多情况下,地表水和地层中的地下水、特别是深部地层中的流体是隔绝的。,但是地下水的压力等于同高度的水柱压力这个假设仍然有效。在某深度,地下流体的压力可能高于同深度的水柱压力,但是由于上部岩层的密封,该地下流体仍然不能自动流到地面,这就是为什么要钻井才能把地下的原油和天然气开采出来。

2“水库水位增加可以导致水向更远处扩散”

这个说法比较笼统,不知道这是如何影响地震的。如果把水库理解成一个底部有小孔的大水缸,那么水缸蓄水越深,水缸底部的水柱压力就越大,从水缸底部小孔流出的水流就冲得越远。尽管地下水总是从高压位置向低压位置流动,但是水库底部的水压毕竟只有156个大气压,如果水库水垂直向地下流动的,那么水库水最多也只能流到地下156米处,这个深度远远浅于地震震源深度的。如果水库水通过水库底部的浅层岩石流向四面八方然后再流到地面,那么这个地震无关的另外一个问题。我们可以另外一贴讨论。

3.“钻井注的水相对于水库的水量来说不是一个量级,不可比拟”

这个说法也比较笼统。毕竟水库覆盖的面积远比一个小小的油井井壁面积大得多,即使水流流向地下岩石的速度一样(水流向地下岩石的速度与压力梯度和地下岩石孔隙的大小成正比),从水库底部漏到地下岩石的总量肯定会比钻水过程中从井壁流入井筒周围地层中去的水多得多。但是这能说明什么问题呢?漏得越多,对地下水压力的影响就大吗?不是这样的。实际上,只有在压差作用下,水才能在地下岩石孔隙中从高压位置流向低压为止,就如地上水从高处往低处流一样。如果水库“漏”到地下的水没有出口,那么地下的孔隙很快就被漏掉的水填满,水就漏不出去。如果有出口,这个出口也不可能是19公里深的地震源。

此外,在“嵇少丞”帖子《汶川特大地震与紫萍铺水库无关》http://bbs.news.163.com/bbs/tech06/118911782.html还谈到水库蓄水对19公里深处段层的剪应力的影响。这个问题需要用到一些简单的公式计算垂向主应力(上覆岩石重量产生的压力和)和由此产生的水平主应力,以及由此在某个方位产生的剪应力(类似于让两块贴在一起的砖沿砖面滑动的力),如果大家感兴趣,我们可以重开一贴探讨。但是,我同意嵇少丞的分析,水库水对19公里深地层影响很小(对垂向主应力、水平主应力和剪应力)。




所有跟贴:


加跟贴

笔名: 密码: 注册笔名请按这里

标题:

内容: (BBCode使用说明