长期以来，地壳内流体驱动的裂缝扩展力学机理备受地球科学、能源、矿业等领域学者关注。与之密切相关的自然现象包括冰川融水诱导冰架坍塌、岩浆入侵引起岩墙的扩展、雁列型断层及裂缝的演化、烃源岩自然生烃导致的裂纹扩展等。与能源、矿业产生密切联系缘于水力压裂技术的广泛采用，大规模水平井分段压裂技术促成了美国页岩气革命，改变了美国的能源格局。该技术在我国四川涪陵、威远、焦石坝等国家页岩气主力产区获得成功实践，有利于缓解我国能源供需矛盾并有效保障我国能源安全。
然而，精确模拟多孔介质中三维裂缝群的起裂、扩展、交汇等复杂力学演化行为极具挑战，根本原因在于岩体介质的复杂性（包括非均质性、各向异性等）、岩体赋存环境的复杂性（高温、高压、高地应力）以及三维裂缝扩展的多尺度特征。针对该问题，笔者创新了一种多场耦合三维曲面裂缝群扩展数值模拟方法，该方法能够考虑多场耦合条件下的传热传质、岩体变形、三维曲面裂缝扩展、裂缝群的交汇与应力干扰。该方法对于简单币形裂缝在断裂韧性主导和粘性主导区域，获得了与经典解析解相一致的预测结果，主要的特色在于实现了对具有复杂形态裂缝（任意三维曲面裂缝）扩展过程的精确追踪。
利用该方法结合美国中尺度场地试验（EGS Collab）项目收集的岩石力学测试数据、压裂动态数据和微震监测数据，建立了EGS Collab实验场地#1的地质力学模型（包括原位地应力、天然裂缝、流体压力），对包含复杂天然地热储层中的裂缝扩展、注水循环取热（图2）、天然裂缝滑移趋势进行系统模拟，研究表明：（1）地热储层压裂过程中，除冷却应力和流体增压作用外，水力裂缝扩展带来的应力阴影作用是诱发裂缝/断层滑移（微震事件）另一重要机制；（2）对于短时间的水力压裂过程，温度效应对与裂缝扩展的控制作用不明显；（3）混合破坏模式（即张开型和剪切型裂缝的混合破坏模式）是美国EGS Collab场地储层改造的主要机理；（4）压裂液滤失及未使用支撑剂是EGS Collab试验时形成密布型平行或近平行水力裂缝的主要原因；（5）天然平行力学弱面的存在、局部力学非均质性、高水平应力差（图3）、软弱夹层的存在是形成密布型平行或近平行水力裂缝的其他可能原因。

多场耦合,三维曲面裂缝,裂缝扩展,增强型地热系统,三维边界元方法