Столетнее развитие исследований в области механики горных пород: переосмысление применительно к современным задачам освоения недр

Современные технологии геоэнергетики и геологического хранения в недрах, включая глубокую геотермальную энергетику, секвестрацию CO2, подземное хранение водорода и гелия, накопление энергии сжатого воздуха, сезонное аккумулирование тепловой энергии на основе горячей и холодной воды, а также захоронение сточных вод, основаны на целенаправленном изменении напряжений и порового давления в земной коре. Понимание вызванных этими возмущениями откликов недр и управление ими требуют прочной теоретической основы, которая развивалась параллельно почти столетнему изучению механики горных пород. В данном обзоре вновь рассматривается историческая эволюция этих теоретических представлений — от континуальных описаний и закона эффективных напряжений до современных подходов, акцентирующих накопление повреждений, локализацию и делокализацию деформации, а также термогидромеханохимическое сопряжение. Синтез лабораторных экспериментов, теоретических разработок и натурных наблюдений позволяет выделить три ключевых положения: деформация горных пород, эволюция проницаемости и сейсмический отклик динамически связаны; поведение недр по своей природе структурно неоднородно и поэтому зависит от масштаба; современные операции в недрах всё чаще требуют прогностических парадигм системного уровня, а не описательной интерпретации. Эти проблемы обусловлены потребностями современных процессов освоения недр и укоренены в историческом развитии механики горных пород, что подчёркивает необходимость интеграции мультифизических процессов на различных масштабах для учёта постоянно усложняющихся условий в коллекторах и при проведении операций, а также для обеспечения безопасного и управляемого функционирования геоэнергетических систем и систем геологического хранения.