Crustal-Scale达西和水力压裂流体运输之间的交互:一个数值研究

文摘

Crustal-scale流体可视为双向传输机制。在低水头梯度、流体流过岩石孔隙度很慢,可以描述为扩散。结构如液压角砾岩和热液静脉时形成流体速度和压力都很高,可以通过局部流体运输在时间和空间上,通过水力压裂。水力压裂传播,同时流体可以视为“弹道”传输机制,由扩散激活当运输本身是不足以当地流体超压释放。激活本地弹道系统减少的驱动力,通过允许流体的逃避。我们使用一个数值模型来研究两种传输模式的性质以及它们之间的转换。我们开发了一个数学模型来研究模式,由于双向传输。相对水力压裂时被激活,由于低渗透液通量,许多水力压裂形成不扩展到整个系统。这些丰富的水力压裂遵循幂律大小分布。赫斯特系数~ 0.9表示系统自组织。 The abundant small-scale hydrofractures organize the formation of large-scale hydrofractures that ascend through the whole system and drain fluids in large bursts. As the relative contribution of porous flow increases, escaping fluid bursts become less frequent, but more regular in time and larger in volume. We propose that metamorphic rocks with abundant veins, such as in the Kodiak accretionary prism (Alaska) and Otago schists (New Zealand), represent regions with abundant hydrofractures near the fluid source, while hydrothermal breccias are formed by the large fluid bursts that can ascend the crust to shallower levels.

1。介绍

流体流过岩石和沉积物中起着至关重要的作用在许多地质和地质过程。他们负责各种地质现象,例如,静脉和水压角砾岩的形成。液体携带溶解组件和热量平流输送流体和关键控制在许多地质过程(例如,1])。理解基本控制流体流动是最重要的对于许多应用程序,例如,油气运移到水库和在生产过程中(2- - - - - -4],地热能源开采[5,6),和热液矿的形成和改变7]。经典crustal-scale流模型通常假设连续流模型,进行缓慢的流体渗流通过毛孔,通常由地形(8- - - - - -10),通常与热不稳定(或密度差异11,12]。然而,流体可以是动态的,例如,是主要的实用的相关性为地震活动可能引发的突然改变流体由于在水力压裂液注入或地热能源生产2,13]。

静脉和角砾岩在地质记录,提供充分的证据,自然流体并不总是稳定状态。血管膨胀的结构,通常是骨折,从液体矿物质沉淀14]。静脉可能特性形成的微观结构,揭示他们“crack-seal机制”(15),骨折反复打开,随后再次密封是由于矿物生长。开裂和密封的过程可以重复几千次在一个单一的静脉。骨折时可以高度导电结构开放和连接而成的障碍流当充满矿物质(14,16,17]。crack-seal过程因此暗示强烈不同流体通量,以及反复强调指出,必须达到诱导压裂的故障判据。紧张的crack-seal静脉是常见到midcrustal水平。紧张的(扩展)骨折midcrustal水平只能形成高流体压力达到故障判据提供了重大贡献,使此类骨折“水力压裂”[18]。重复crack-sealing必须这样,至少在一个重要组成部分,不仅是由于脉动流体压力和构造应力的变化。成岩范围(50到200°C),断裂发展是影响化学反应([19),一方面通过化学辅助裂缝增长(20.),另一方面通过溶解/沉淀反应,该效应的开放性骨折。水泥可以减少当地渗透率和裂缝系统的大规模连接,而解散可能增加他们(19]。压裂也会发生局部由于reaction-driven扩张和被描述,例如,在麻粒岩相混合岩(21),在蛇纹岩化(22- - - - - -24),在球状风化作用[25]。阶段转换白榴石的替代方沸石生产体积的增加而产生局部应力的材料会导致骨折,启用新的流体通路(26,27]。然而,压力变化由于矿物反应是缓慢相比由于流体压力的变化。

角砾岩岩石组成的破碎的岩石碎片或碎屑。角砾岩沉积形成的碎屑运输(即沉积角砾岩(28,29日])或将在断层构造减少[30.),或者是感兴趣的在这里,水力压裂的超压流体(即液压角砾岩(31日,32])。德国黑森林矿石在西南地区是一个研究区域流体超压和动态流体被调用来解释涌出静脉和热液角砾岩的形成(例如,33,34])。这些静脉通常位于靠近或在地下室/盖不整合33,35]。角砾岩形成的不同阶段,可以观察到在Teufelsgrund矿角砾岩(Munstertal SW德国;图1(一))表明水力压裂的主要形成机制(31日]。这可以推断从碎屑的安排,一些碎屑躺在别人在原有裂缝的位置,而其他碎屑分开。这些角砾岩形成的流体温度升高而且表明快速液体运输从深层地壳水平(36]。隐谷角砾岩(图1 (b)在南澳大利亚是一个巨大的10公里²热液角砾岩与碎屑规模从几十微米到几百米,混合的碎屑,最初>公里垂直分离(32]。根据Weisheit et al。32),该角砾岩的形成横跨大约200最高产量研究和流动速度1 m / s的顺序。正如作者指出的那样,如此高的流体流动速度不可能一直保持在很长一段时间,随着总流体通量会远远超过可用的液体预算约30公里³。

岩石的渗透性主要和重要的地质参数,因为在地球的地壳流体迁移发挥重要作用在质量和传热和地壳流变学。渗透率一直被视为一个动态的参数,对压力的反应的变化,流体生产,和地球化学反应(37]。Darcian流经多孔介质渗透率(在米²)和流体的粘滞性(在Pa·s)的速率参数确定流体通量在给定驱动流体压力梯度 在Pa / m)。通量( )通过渗透多孔介质的流体被达西定律(38),这里给出一维形式在垂直方向(正面向下)。

> 16个数量级的渗透率变化的地质材料(从在结晶的岩石在分选好的砾石)[39]。地热和变质的数据分析表明,构造活动大陆地壳的渗透率降低对数随深度(40,41]。

驱动压力平衡流体压力之间的差异和实际流体压力(42]。在流体压力接近静水表面高程的变化可能导致topography-driven流,流体密度的变化由于温度或盐度差异可能导致对流(例如,1])。在topography-driven和对流系统,向下与流体流动区域存在, 必须是负的。然而,这是很难协调的高,supralithostatic流体压力需要断裂岩石形成静脉和角砾岩(14,43]。当流体压力接近地面, 是正的。液体形成隐谷角砾岩或丰富的含角砾岩在德国黑森林,因此更容易产生从下面这些角砾岩向上流动。可能的来源是火成岩入侵(44由于减压[],流体释放33,36),或矿物脱水反应(32,45]。

碎屑远距离运输,以及结构,表明流体流速可能高达米/秒(32,44,46]。流体上升10²到10¹m / s的估计基于分析角砾岩片段(47)和静脉(48]。这样的速度是难以实现长时间,表明流体不是连续的,而是发生在短时间(32]。众所周知,高流体压力,导致开放骨折并不是常数,而是间歇(47,49- - - - - -57]。构建流体压力超过岩石的抗张强度,导致失败,导致当地渗透率突然增加,后压力降低,流量会发生直到裂缝渗透率封锁了。这种流体流动机制不是永久,只有短期和局部的时间和空间。因此流体是一种高度动态的过程,能够有效地传输大量的流体通过水力压裂。

间歇流预计发生的基质渗透率岩石不足以容纳流体流动,导致流体压力的增加和开放骨折(56,58]。流体脉冲释放这个过程可能传播批次沿着所谓的移动水力压裂35),传播在上面的提示,同时关闭他们的低端当超过临界长度(59]。这些移动水力压裂传播连同他们包含液体和可能会达到一个非常高的速度32,35,59,60)和运输液体和加热到非常浅层地壳的水平(例如,61年])。在传播过程中,水力压裂可以相互交流和融合水力压裂(62年),这可能导致混合不同的液体(36]。传播途径和逮捕当地移动控制水力压裂的流体压力,当地的材料特性,由外部应用应力场(60]。

尽管地壳渗透率降低的趋势随着时间的推移,长期(10³-10年⁶年)热液系统存在(32,63年,64年),这似乎表明,水力压裂等过程的一个重要机制(65年]。大规模地壳渗透率调整以适应内部和外部强迫,更深层次的外壳,内部流体生产引起的变质作用、岩浆作用、地幔脱气(负责65年,66年]。因此对数permeability-depth曲线反映了动态渗透率之间的竞争创造由于流体采购和岩石破裂,由于压实和渗透破坏,矿物沉淀、热液蚀变和退化变质作用(41]。这种动态相互作用会导致间歇行为和自组织,已提出,例如,在骨折fault-valve行为(51,52,67年],水力压裂[68年,在岩浆热液矿床69年]。成岩组合接近正常故障(70年)能证明正常故障可以作为阀门,间歇性地传输流体由于增强渗透性失败后(51]。渗透率被描述为一个拨动开关,可以在非常高的无限(有效)和(有效零)值很低(58]。因此Crustal-scale渗透率动态自动调节的财产。

很多运输系统显示间歇行为实验(71年和在数值模型中56,58,72年- - - - - -75年]。尺度不变性是间歇性动力系统的一个典型特征,导致幂律分布。Weisheit et al。32]分析了碎屑隐谷角砾岩的粒度分布和发现一个进程负责产生碎屑大小超过6数量级。尺度不变性往往是在自然界发现的,如frequency-size分布的岩石碎片(32,76年),骨折的粒度分布(77年- - - - - -79年],地震的magnitude-frequency分布[80年),等等。

大量的研究模拟水力压裂形成和动态流体流动,使用,例如,有限元75年,81年- - - - - -84年)或particle-lattice模型(17,85年- - - - - -88年]。尽管水力压裂是一个复杂和高度动态现象,相关交通动力学可以用一个非常简单的模型设置使用细胞自动机作为引入贝克et al。72年,已经适应了流体流动的米勒和努尔(58和法国公债和van Milligen56]。沙堆模型是第一个模型的动力系统自组织临界状态(显示72年]。这个模型是一个随机的想法将粒子添加到网格。桩长和斜率增加,直到达到一个临界值。额外的粒子然后导致雪崩,保持临界坡度。该模型的特点是,它会演变成一种临界状态,没有内在时间或长度尺度,没有详细的规格的初始条件72年]。法国公债和van Milligen [56]使用一个类似的设置来模拟生产、积累和运输的液体在岩石和观察到的一种自组织临界交通运输在水力压裂时激活。米勒和努尔(58]使用crustal-scale细胞自动机模型表明,流体压力增加引起当地水力压裂与水力压裂规模分布遵循权力法律当系统处于临界状态。桑切斯et al。73年扩散组件添加到一个标准的沙堆,识别传输机制相互作用和扩散系数可以抹去的记忆系统。交通特征可以区分识别对远程相关性的影响,并通过分析不同的雪崩扩散运输时的传输特性被激活(73年]。

稳定的达西流和间歇裂缝流似乎重要机制,这两个包体流体流动模式被广泛研究。有充分的证据,这样运输系统既不是纯粹的扩散也不是纯粹的断断续续的,但令人惊讶的是,小的工作已经发表在两个政权之间的转换(例如,71年]),特别是关于流体流动。在这个贡献,我们假设流体运输通过地壳可以被描述为一个双向交通系统。我们使用一个模型,类似于贝克的沙堆模型等。72年在沙粒取而代之的是增量下降液体压力和开放,和突然,瞬时放电通过水力压裂代表了雪崩。在桑切斯et al。73年),我们添加Darcian流过毛孔作为第二,传输模式慢得多。为了达到这个目标,我们对待Darcian流体(Eq。1)作为一个扩散过程由扩散驱动压力的消散。我们特别调查之间的过渡非常缓慢(通过毛孔Darcian运输)和非常快(间歇裂缝流)运输模式。

2。方法

2.1。扩散压力损耗

我们假设一个刚性矩阵模型,孔隙度( )是恒定的。这个假设是允许液体通常至少一个数量级比岩石更可压缩。压力和大量的流体在孔隙空间中通过压缩系数有关(在宾夕法尼亚州¹)的液体。我们可以表达这种:

是参考卷(1米³次的流体孔隙度) (静水压力)额外的体积的液体添加到孔隙空间。流体流量 )现在可以及时与压力的变化(例如,89年):

注意,这个方程是类似于菲克第二定律扩散,扩散系数与压力 (在米²/ s)。

菲克第二定律后,压力梯度扩散的方式可以消散的有效扩散系数 (在米²/ s)。流体的压缩系数随压力和温度(90年),但为了简单起见在这里作为一个常数 。固体岩石中也从< 1 ~ 30%。水性液体的粘度变化,从ca。 随着温度(91年]。考虑到这些范围,获得一系列约10⁵到10¹米²/ s为在岩石(但可以在粗碎屑沉积物疏松的大得多)。压力扩散因此通常比化学扩散快得多,除了在非常低渗透性岩石。注意,所有使用符号和参数表1。

2.2。模型设置

为了模拟双峰流体运输的两种机制,通过骨折Darcian流和运输,我们用一个正方形,二维正交网格 线性尺寸的元素(图2)。我们只考虑流体的情况下进入模型底部和被运送到顶部。模型是横向包装。,fluid leaving the model on one side enters on the other side. Instead of tracking fluid flow itself, we record the pressure为每个元素,被定义为实际流体压力(之间的差异 )和液压流体压力( ): 。 在第一行被设置为零的元素,增加10吗⁴Pa / m与深度(假设流体密度1000 kg / m³和一个重力加速度, ,设定为10 m / s²)。流体流动是隐式模型通过跟踪的进化使用压力扩散方程(3)。骨折达到失效准则时启动和传播。假设流过骨折内足够快的速度,压力是有效地瞬间扳平比分。

基本回路仿真如下:(1)最后一行中的一个因素是随机选择和元素的压力增加了 模拟流体的流入。底下一行中的每个元素被选中一次时间步随机顺序,介绍了一定程度的随机噪声的模拟。(2)后的压力增加,可能的起始水力压裂评估模型中的每个元素。骨折时启动压力超过了有效的地面压力 ,岩石的密度设置为2800公斤/米³,在表面设置为0,即。第一行的元素。水力压裂是由给元素标签“破碎的”。(3)如果骨折,传播循环开始。当只有一个水力压裂模拟可以存在在任何时候,所有元素的标签“破碎”的形式一个连接集群。第一步的断裂传播子环是均衡的压力在集群中的所有元素。只是个人的平均压力的所有集群元素。在第二步中,元素的边缘集群上最高的( )被选中。如果故障判据( )在该元素,一个随机选择的直接邻居元素还没有失败被添加到集群中。这个子环会一直重复,直到(1)集群中所有的元素达到失效准则,或(2)集群到达水面。在后一种情况下,压力在集群中的所有元素设置为0,这意味着流体压力降低水压和多余液体表面释放。一旦完成断裂传播,集群中的所有元素重置为“完整的”(暗示瞬时关闭或骨折的愈合)和时间和大小(许多破碎的元素)集群的记录。(4)最后,一旦压力增加底下一行中的所有元素(步骤2),任何产生的水力压裂处理(步骤3),Darcian流使用一个显式的模拟,提出了有限差分格式。压力在第一行设置为0。

在当前的模型中,骨折完全关闭或治愈后计算步骤。治疗是有效的瞬时相对于扩散流过程。crack-seal静脉的显微结构表明,裂缝可以和做一般密封速度比液体积聚的压力。因此我们选择模型愈合的有效瞬时,消除了需要添加一个治疗参数。然而,它应该记住,这是一个端员承担,减少骨折的愈合率变化模式(17]。

方程(3)表明,有效压力扩散系数, ,是一个函数的孔隙度、流体粘度、压缩性和渗透性。多种多样的模拟,这意味着渗透率的变化,作为其他变量保持不变。这让我们探索从水力压裂(低的转变 )Darcian-flow主导(高 )的行为。

2.3。扩展

模型的缩放值(下标 )实际值是由大小决定的各个元素和压力的增加( )由于流体流入底部。一个单元模型中压力梯度( )等于有效地压的梯度 ·10⁴Pa / m。从这,我们获得之间的比例和现实世界 :

我们假设一个固定液通量 ,这是典型的变质流体通量在地壳深度10 - 15公里(39]。这涌入进入一个元素的一个窗口 米²(假设模型是1米厚在第三维度)和添加到流体驻留在 米³孔隙空间的元素。这导致压力增加 :

假设孔隙度 和压缩 ,我们获得 Pa / s。我们现在可以确定时间步 :

在模型中,提出的底部压力 每一次的步骤。一个元素的大小 m,因此时间步 (近6天)。现在我们可以最终确定模型的扩展压力扩散系数( )现实世界的扩散系数( )和渗透率( ):

对于给定的 和 米,我们获得 。假设 ,模型的选择范围 - - - - - -值从10⁷0.005对应的渗透率范围的 来 。的最小渗透率没有失败会发生在给定的地压的梯度和流体流量 。因此,模拟几乎达到渗透永远不会被激活。所有使用模拟设置表2。

2.4。分析

频率分布水力压裂规模的评估。仿真可视化和计算时间上的垂直压力曲线与ImageJ已经完成92年]。上垂直压力曲线可以计算通过Image-Stacks-Z-project和Analyze-Plot概要文件。有效扩散系数时均垂直压力曲线的斜率。除此之外,新范围( )统计计算的压力波动量化程度的自相似性。计算新范围( )时间序列的一个计算 ,这是最大和最小之间的差异累积时间跨度内离开意味着什么 ,除以标准差( )(93年,94年]。的估计 计算时间间隔的子集。当策划这些值( )与时间滞后,这个情节给了赫斯特的对数斜率参数(93年]:

在哪里是一个常数,是时间滞后。赫斯特参数 表示随机噪声,和一个值 时间序列表示一个完全相关。它已经表明,赫斯特指数 来 显示系统的强大的自相似性(56,73年]。

3所示。结果与讨论

3.1。仿真结果

图3(一个)显示的快照模型压力分布从0到10⁴。所有的流体输送水力压裂时,扩散系数 。区域模型的顶部有一个零超压(黑图3(a))。高超只发生底部附近(图中鲜艳的颜色)。因为矩阵流为零,在水力压裂流体超压只能向上传播和元素 一定是通过水力压裂,没有达到表面。水力压裂,扩展超过1/3的模型往往达到表面和流失他们所有的液体。

在 ,对应于另一个极端,压力场近似线性下降,表示几乎所有流体压力是运输对扩散矩阵模型的流。在这两个成员,矩阵流和水力压裂流相互作用,形成一个复杂的行为。一般来说,超压流体得到积累和突然向上运输,水流湍急的破裂传播水力压裂。不达到顶峰的水力压裂带建立流体区域近地面压力。那些做地面排水沟全部包含液体,导致低压区,来自基地。在低 ,不同地区之间的界限是锋利的,当他们变得越来越模糊 。这是见图3(b),它显示了五个阶段( ),从时间点一个水力压裂跨越整个模型。

(图的平均压力系统4)波动强烈的纯水力压裂传输( ),即使输入通量模型的底部是恒定的。平均压力仍然较低,大约四分之一的最大平均压力(纯扩散导致线性减少从下到上)。扩散系数增加,压力波动变得更加期刊和水力压裂事件变得不那么频繁。与 波动变得高度期刊。尤其是在 ,看到不断重复的常规循环压力增加,其次是一个强大的平均压力下降为一个单一的水力压裂下水道大面积的模型。平均压力的阴谋 显示强大的相似性与压力的情节fault-valve事务部门主管过程Sibson [51],postseismic装设阀门放电发生由于增强渗透性postfailure正断层带时本地超压。在这两种情况下,随着时间的推移是高度周期性的压力。

而图4显示了整个模型的平均压力区域作为时间的函数,数字5显示了时均压力作为深度的函数。的压力减少最大的顶部底部为零。在低扩散率( ),平均压力急剧降低,起初近似线性,到零在模型。这是在图可见3模型的上半部是黑色在低 。平均pressure-depth曲线变得平滑,平缓而增加 ,倾向于一个线性下降的情况下纯扩散运输。这些结果揭示了有趣的效果,增加水力压裂的扩散传输模式不会导致更好的排水系统,但相反的:平均而言,更多的液体驻留在模型顶部和流体压力高于没有扩散。两种传输模式不仅仅是添加剂。额外的扩散抑制水力压裂的形成,因为它降低了压力峰值的增加将导致水力压裂。

图5表明,意味着流体压力梯度随深度,即使等参数失效准则和压力扩散(因此渗透率)是整个模型常数。如果这样的梯度将自然界中观察到,他们可以被解释为渗透率的变化的结果(39]。考虑到流量是恒定的,可以确定一个明显除以压力梯度的通量(基于方程式。(1)和(3))。在高 ,时均压力减少稳步从模型的基础上,导致一个表观扩散系数,降低中度和深度(图5 (b))。在低 ,压力下降几乎线性从底部向中间的模型。对于这个地区,人会获得一个常数,明显高 。模型的上半部有一个非常低压梯度,这将导致一个非常高的明显(图5 (b))。这个练习强调了这样一个事实,即水力压裂的活动影响压力梯度和可能导致错误的扩散系数和明显的压力,因此,明显的渗透率。这个明显的渗透率不应只用于模型假设Darcian流。

说明了压力波动的性质与rescaled-range分析( ;(93年,94年)如图6(一)。的斜率 分析了赫斯特指数 为 (图6 (b))。更高的扩散系数,斜率仍相对稳定 ,减少从 来 ,并增加几乎 为最高(图6 (b))。赫斯特指数在 来 表示某种自组织临界状态(56,73年]。最初的赫斯特指数显示,减少系统的内存存储在本地删除是因为非均质连续平滑的扩散(73年]。一旦扩散是主要的传输机制,赫斯特指数增加 ,占一个完全相关信号。

3.2。水力压裂规模分布的统计特性

类似的模型和实验(56,72年,73年)表明,流雪崩大小往往开发幂律频率分布。在这里,我们使用水力压裂中元素的个数来定义它的大小。水力压裂系统的频率随其规模的大小大约2%的模型尺寸(几百元素标准 模型)(图7)。频率( )水力压裂规模的分布(用数字表示一个的元素形成一个水力压裂)没有达到表面遵循权力法律,导致直线日志( )与日志( )图(图7):

由此产生的最佳值 ,最小的水力压裂的频率的一个元素,和幂律指数( )表中列出3。幂律分布的尺寸的偏差是由于有限尺寸效应(有限系统大小)。当比较不同元素的水力压裂批量大小的频率分布大小(图7(一)),我们观察到的概率达到一定批量大小变得更高更大的系统,但斜率和增加系统大小不会改变。这仅仅反映了骨折越来越少比在一个大一个小的区域。相对频率(斜率图7(一))的裂缝尺寸应该,然而,不改变,一样。

水力压裂,表面总是和他们的大尺寸不遵循上述幂律的趋势。约10%的骨折模型的区域是最频繁的。达到表面的水力压裂总是很大,他们的数量相对于那些没有达到表面很小。水力压裂的分数达到表面相当于一个水力压裂到达表面的变化。这个分数大约是常数较低0.15% (表3)。水力压裂的数量大约每个时间步也保持不变。这意味着在 ,扩散本质上没有作用和水力压裂耗尽所有流体系统。

随着 ,水力压裂的频率降低(图7 (b)),特别是水力压裂的频率没有达到表面(表3)。同时,骨折的比例和规模,达到表面增加(图7 (b)和表3)。逃避水力压裂的频率分布达到顶端的模式似乎表现出对数正态分布行为但很难评估由于有限的数据点。

水力压裂不达到顶端的模型(图7)有一个幂律分布和传播在地壳流体。这些幂律分布暗示罕见但大型活动交通的大部分液体。这样的分布通常调用表明自组织临界状态(SOC)在底层的动力学系统72年,95年]。SOC-type行为源自临界坡度的存在,这触发了删除多余的液体超过本地时。“弹道”系统的激活本地减少了开车,在水力压裂液体逸出。然后系统(本地)开关回到扩散运输。激活的标准弹道耗散本身规模的独立;压力没有规模。弹道的激活模式从而在所有尺度上同时发生。

不到达表面的水力压裂限制模型的底部,上方液体产生的水平。表达式在地质记录中会丰富crack-seal静脉。丰富的静脉是常见的在增生棱镜的变质岩,如科迪亚克增生复杂,阿拉斯加,美国96年)或者是奥塔哥片岩、新西兰(97年,98年]。在这两种情况下,液体由脱水反应低于采购,和静脉最丰富(高达30%的岩石体积)的绿色片岩相岩石。模型的下部与丰富的水力压裂可能代表这些vein-rich区。

水力压裂,达到顶端的模型(图7)是那些运输所有的流体模型。这意味着相对较少的大型活动实际上排出液体。他们的大小分布不遵循水力压裂的幂律分布不达到顶端的模型。这些大事件可以解释为“龙王”[99年]。这样的“龙王”是异常值与幂律分布大小事件的共存但超过幂律的推断和经常发生的分岔,灾难,或临界点99年]。他们也有发现,例如,frequency-rupture区域地震统计(One hundred.]。虽然不遵循幂律分布,它们是密切相关的(自我)组织的小型水力压裂流体压力分布和大型fluid-escape的起始事件(101年]。地质现实,这些大型水力压裂代表大型流体驱逐事件会迅速运输大量的液体从深到浅地壳水平,他们可能会形成热液角砾岩,如图1处于相对浅层地壳水平相比,流体来源。尽管流体压力预计将接近静水,在顶部的区域模型,提升水力压裂包含超压流体,能够诱导裂缝延伸甚至水压角砾岩化作用。如果流体上升速度不够快,像预计的那样在水力压裂传播(35),液体将无法冷却至环境温度在上升。由此产生的液体从而到达超压和热(即逮捕网站。,hydrothermal) and may carry high concentration of dissolved elements, making them prone to deposit ores and cause rock alterations.

这里显示的模拟可能表明转义字符的流体批次。高的流体通量(高流体产量和/或短期的液体生产),该系统预计将接近纯水力压裂结束成员。压力扩散明显过低会修改压力增加。流体逃脱事件频繁,但泄漏量相对较小。的最大持续时间侏罗纪热液矿床的形成在黑森林(图1(一))~ 55最高产量研究[33,102年]。然而,实际的时间可能更短,脉冲在盆地的形成有关。黑森林矿区的特点是很多,但目前主要是小和不经济的存款,与许多一致,但相对较小的流体逃脱事件。

10公里²隐谷热液megabreccia(图1 (b))在一段时间内形成的~ 150 - 200最高产量研究,比黑森林矿床更长。较低的流体扩散通量将允许更大的压力。系统将定位在水力压裂和扩散之间的过渡政权主导的行为。由此产生的流体逃脱事件现在将越来越更多的定期间隔时间(图4),但也相对较大。非常大的流体逃脱事件可以解释极端角砾岩化作用,以及流化床和混合角砾碎屑(32]。

4所示。结论

(我)提出了一种数值模型探索的影响的相对贡献Darcian渗流和crustal-scale流体流经水力压裂。这是通过改变流体压力扩散系数、渗透率的函数,同时保持水力压裂起始和流体流量不变(2)水力压裂运输占主导地位时,系统自组织。丰富的水力压裂形成的基本模型及其粒径频率分布权力的法律。~ 0.9的赫斯特参数,计算出的平均压力变化随着时间的推移,支持自组织临界状态的发展。水力压裂规模分布显示“龙王”式的大型水力压裂偏离幂律分布。实际上这些大型水力压裂排液系统(3)的增加贡献Darcian渗流、压力波动变大在大小和更多的常规和周期性。过渡政权Darcian流的特点是少,但更大的流体驱逐事件(iv)观察到流体运输的行为可以解释大量的crack-seal静脉在变质岩中,例如,增生复合物,以及热液液压角砾岩沉积的发展在浅地壳的水平

数据可用性

本文中的模型和数据都是基于方程发表在这里和参数描述的主要内容和表1和2。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

EGR承认西班牙科技部资助的,创新和大学(“·拉蒙-卡哈尔”奖学金ryc2018 - 026335我和研究项目pgc2018 - 093903 b - c22)。

补充材料

电影的压力场模型中框随着时间的推移,模拟显示在表中2。(补充材料)

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