本研究由来自印度博帕尔印度科学教育与研究学院（IISER Bhopal）地球与环境科学系的 Jyotirmoy Mallik 和 Swatilekha Sarkar 完成，论文题为《Coupled stress-permeability modelling of fracture- and vesicle-controlled CO₂ injectivity and induced fracture reactivation in Deccan Trap basalt, Main Deccan Plateau, India》，发表于 International Journal of Greenhouse Gas Control。

该研究属于地质碳封存（Geological Carbon Storage）与岩石力学交叉领域，聚焦印度德干高原（Deccan Plateau）玄武岩中裂缝与气孔相（vesicular and fractured facies）对CO₂注入能力（injectivity）和地质力学安全性的控制作用。此前的研究虽然已经对德干玄武岩的孔隙度、基质渗透率和裂缝几何形态进行了详细表征，并通过静态离散裂缝网络（Discrete Fracture Network, DFN）模型估算了裂缝渗透率，但尚未将这些数据与地质力学过程耦合，也没有量化不确定性。因此，本研究旨在建立岩石物性、裂缝几何与地应力场之间的缺失联系，构建全耦合的流动-地质力学模型，系统评估CO₂注入过程中裂缝再激活（fracture reactivation）风险，并给出随深度变化的安全注入压力概率分布。

研究的整体工作流程包括多个相互耦合的模块。首先，研究团队利用已发表的31块玄武岩样品的岩石物性数据，对基质渗透率与孔隙度进行幂律回归校准。由于样本量有限，回归斜率在非参数Bootstrap重采样下的95%置信区间为[-7.4, +31.5]，排列检验（permutation test）的p值为0.36，表明在该样本规模下孔隙度与渗透率之间不存在统计显著趋势。这一结果并非建模缺陷，而是将原论文中关于气孔玄武岩渗透率受孔喉连通性与次生矿物充填控制的定性结论转化为严格的统计表达。其次，裂缝渗透率的升尺度（upscaling）同时采用Snow（1969）解析模型和随机代理离散裂缝网络（proxy-DFN）模型独立完成。两种方法均成功再现了原始数据中全部九个渗透率张量分量，平均相对误差低于10%，其中随机模型的95%置信区间与已报道的渗透率范围完全重叠，为该部分模型提供了分布层面的外部验证。第三，模型采用Barton-Bandis应力依赖裂缝开度定律，将孔隙压力演化与裂缝张裂耦合。此处特别采用了增量形式（incremental formulation），以消除早期版本中初始渗透率场与无应力参考开度不一致所导致的伪裂缝闭合问题。第四，基于KBH-08井密度导出孔隙度测井解释的九个多孔层段，构建了四层、270米厚的双层渗透率（dual-permeability）径向流模型，其中裂缝控制层的渗透率约为2376毫达西，而气孔相基质渗透率仅为0.031毫达西，两者相差约77,000倍。第五，利用Mohr-Coulomb准则对三个野外测绘的裂缝组（F1–F3）及理论最优取向裂缝进行滑移趋势评估，并通过20,000次/深度的蒙特卡洛不确定性传播，生成安全注入超压的完整概率分布。第六，采用标准化回归系数（SRC）和Spearman秩相关进行全局敏感性分析，而非传统的一次一参数（one-at-a-time）方法。

在结果层面，耦合模拟显示，在裂缝控制层中，注入压力上升阶段近井渗透率可提升至初始值的1.3至1.7倍，且由于裂缝孔隙度极低（仅0.26%）而渗透率极高，水力扩散系数达10³ m²/s量级，压力场在边界条件稳定后一个时间步内即可再平衡。与此相对，气孔相基质层在200天后压力穿透仍不超过约50米。确定性分析中，560–600米深处最脆弱裂缝组的临界孔隙压力增量为1.52 MPa，经80%安全系数折减后，最大可持续注入超压约为1.0–1.1 MPa。蒙特卡洛结果显示，对于实际测绘的裂缝组，安全超压中位数从50米处的约0.19 MPa上升至600米处的2.29 MPa和1194米处的4.50 MPa，P10–P90区间在任何深度均跨越约2.5至3倍。最优取向最坏情形下，注入前即处于临界应力状态的概率为7.9%，且由于线性应力梯度假设，该概率在所有深度均相同。全局敏感性分析表明，最小水平主应力与垂直应力之比（Shmin/Sv）是主导不确定性来源，其标准化回归系数为1.14，Spearman秩相关系数为0.90，显著高于摩擦系数和最大水平主应力方位角的影响。

本研究的核心结论是，德干玄武岩中连通裂缝网络在极低裂缝孔隙度下贡献了绝大部分流体输运能力，天然压力扩散几乎无法提供抑制裂缝再激活的缓冲，注入压力本身成为维持地质力学稳定性的主要操作控制参数。因此，未来在类似裂缝化玄武岩储层中进行CO₂注入时，应采用实时闭环井底压力控制而非依赖地层自身的天然水力缓冲。研究还强调，单一确定性“安全注入压力”仅提供有限的再激活风险描述，概率框架能够明确展示当前认识状态下允许的注入压力范围，并为未来数据采集的价值提供量化依据。由于Shmin/Sv应力比主导不确定性，直接地应力测量（如小型压裂测试、井壁崩落分析）应成为未来场地表征的最高优先级。

该研究的突出价值在于将已有的岩石物性和裂缝几何数据集转化为一个随深度变化的概率评估框架，首次在德干高原实现了应力-渗透率-流动的全耦合分析。方法上的创新之处包括：用两种独立升尺度方法并进行置信区间重叠验证，采用增量Barton-Bandis公式消除内部不一致性，以及用闭合解析解与数值网格搜索交叉验证最优裂缝取向计算至10⁻⁷ MPa精度。这些工作显著提高了模型的可信度和可检验性。此外，研究还通过与冰岛CarbFix和美国Wallula项目的定性对比，说明所预测的浅层狭窄注入压力窗口与现场实际经验相符，从而增强了结果的物理合理性。该研究虽以单相压力扩散近似为框架，未包含多相流动与矿化反应，但其明确界定了模型的适用范围，并给出了未来模型改进的具体方向。