地下水位中地震前兆信息提取方法研究

地下水位观测值的影响因素包含降雨、气压、固体潮、地质构造作用等.为凸显地质构造作用对地下水位的影响,需要滤除降雨、固体潮、气压等因素的影响量.本文首先分离地下水位受固体潮、气压作用的影响量;然后依据降雨影响地下水位可以分为长期和短期变化的思路,利用基流分割方法对地下水位的两种变化进行分离,确定地下水位的降雨影响量;最后分析各分量异常与地震活动性关系,探查其中包含的地震前兆信息.本文的研究思路为地下水位观测值中地震前兆信息研究提供了一套可供尝试的系统技术方法.     

水位数据中气压影响因素的自适应排除方法研究

地下流体的水位观测数据中除了含有可能的地震前兆信号外,还含有固体潮效应,气压效应,降雨量等等因素的影响.而通常认为地下水位的地震前兆信号是弱信号,难于从众多强干扰中清楚识别出来.科学的分析方法是将综合的地下水位观测信息分解为各种因素(包括地震前兆信号)的叠加.     

山西数字地下水位固体潮加卸载响应比与中强地震关系分析

运用加卸载响应比方法,计算和分析了山西省2008年以来数字化地下水位固体潮观测数据,并选取大于2倍加卸载响应比值作为异常判定指标,将山西及周边地区发生的ML≥4．0地震的参数与井水位固体潮响应比异常变化对比分析。结果表明,山西地区9口数字水位观测井的地下水位固体潮加卸载响应比异常变化与附近的地震活动存在不同程度的对应关系。从而说明,利用井水位固体潮观测的加卸载响应比是一种能有效识别和提取地震前兆的方法。     

安徽前兆测项固体潮加卸载响应比综合研究

试验表明,加卸载响应比的异常变化具有明确的物理意义.已有研究大都分析地下水位、地倾斜单测项加卸载响应比变化规律.在对安徽省近30个台站地下水位、地倾斜、体应变多年观测资料整理分析的基础上,通过振幅因子响应率计算固体潮加卸载响应比,以一定范围内发生的中等以上地震,作为主要震例,综合分析了前兆测项加卸载响应比的变化特征,提出了资料分析和地震趋势预测的方法和依据.     

天津地区井水位固体潮观测的加卸载响应比变化与附近地震关系的研究

用加卸载响应比的方法,处理了天津地区2002年以来静海地震台井、宝坻地震台井、高村井和张道口地震台深井地下水位固体潮观测数据,并以加卸载响应比计算值的2倍方差作为异常判定指标,将天津及周边地区发生的M_L≥4.0地震参数与井水位固体潮响应比异常变化对比分析。结果表明:该区4口地下水位固体潮井的加卸载响应比异常变化与附近的地震活动有较好的对应关系。从而证明,利用井水位固体潮观测的加卸载响应比是一种能有效识别和提取地震前兆的方法。     

井水位对气压和潮汐的响应特征与机理研究

井水位作为一种灵敏的体应变仪,是一种重要的前兆观测资料,有望用于提取地下应力和介质变化信息。目前我国已建成较为密集的地震地下水观测井网,积累了大量的波形记录,为建立地下水位变化模型、提取应力及介质变化信息和开展地震预测研究等提供了基础性平台。然而,由于井水位受多种因素影响,水位变化的信噪比很低,从水位中提取含水层物性和应力变化的模型、方法和规律都有待深入研究。本论文围绕井水位对气压和潮汐这两种天然载荷的响应特征与机理开展研究。从中国大陆地震地下水观测井网选取了一些气压和水位较为连续、稳定的台站资料,用于发展井水位微弱信号分析方法;利用汶川地震和芦山地震水位资料,分析同震水位阶变类型,区分动态和静态应力变化的作用;利用全频带气压响应分析井水含水层的承压特性,尝试反演含水层物性;选取潮汐响应敏感的台站,利用水位对潮汐的相位响应进行含水层渗透率变化的分析。研究得出:(1)通过井水位传递函数的多次叠加可以大幅度提高信噪比,首次在一些台站获得了井水位对气压的全频带响应。(2)发展了全频带气压响应拟合反演含水层物性的方法,相对于低频带和几个潮汐频点拟合,全频带拟合可以提高反演的可靠性,降低强能量潮汐频点的影响。分析了含水层的承压状况以及井筒的储集效应,计算获得了承压含水层的压缩系数、孔隙度等参数。(3)汶川地震近场水位阶变主要与静态应力变化有关,而芦山地震400km范围内的井水位同震响应与静态应力变化无关,这种差别可能与地震能量和地质构造等因素有关。(4)无论汶川地震还是芦山地震,不管水位同震变化是上升还是下降,多数台站同震引起的含水层渗透率都增大,表明渗透率的增强可能主要与动态应力有关,而与静态应力变化关系不大。(5)芦山地震引起的水井渗透率增大在震后一年内基本恢复到震前水平,而汶川地震引起泸沽湖井的渗透率增大明显,并在约6年后仍然没有恢复到震前水平,推测该区域在汶川地震中有新的裂隙产生。     

山西昔阳地震台、河北张家口地震台体应变观测资料分析与研究

以山西昔阳地震台和河北张家口地震台体应变观测资料为基础,运用地震前兆信息分析处理软件,对2001年至2008年国内M 6.0以上及国外有较大影响的地震,提取固体潮和地震前兆特征信息进行分析,进一步研究体应变固体潮的异常变化与地震的关系。     

地下水观测数据拟合与预测的支持向量机方法

影响地下水位变化因素有很多,在正常情况下,地下水位的变化实际上反应了气压、固体潮和降雨这些因素的变化,但是这些影响因子与地下水位之间有着较强的非线性关系。该文使用支持向量机方法建立起崇明中学观测站地下水位与气压、固体潮和降雨这些因素之间的非线性关系模型,并用于地下水观测数据拟合与预测,得到了较理想的结果,明显优于逐步回归方法。研究结果表明,支持向量机方法在地震前兆数据处理中有着广泛的应用前景。文中还对支持向量机方法在实际应用中的有关问题进行了讨论。     

岫岩偏岭5．6级地震前辽河盆地地下流体映震特征

本文主要分析了1999年11月29日岫岩偏岭5．6级地震前,辽河盆地内7口观测井的前兆异常特征。观测项目有水位、采液量、采气量及套管压力等。这次地震前兆7口井的观测资料均出现明显的趋势异常和短临前兆异常,并且具有较好的同步性。异常形态多数表现为升－降－升型。油田抽水、注水、采油、采气及大气压、固体潮等干扰因素对观测资料没有影响,异常是真实可信的。     

小波分析在井水位的气压和潮汐改正中的应用

本文将小波分析方法应用于地下水位观测资料的气压和潮汐改正中。该方法利用小波将气压观测和理论重力固体潮资料分解为不同频段的时间序列,用最小二乘法求出气压和固体潮不同频段的响应系数,以消除气压和固体潮对水位的影响。用该方法计算的结果与一般线形回归分析方法得到的结果进行对比,发现该方法能更有效地分析和消除气压和固体潮对地下水位的影响。小波分解在井水位气压、潮汐改正中的应用以波动理论和振动理论为基础,它不仅考虑了观测资料的频率域特性,而且还能直接在时间域内计算出不同频率范围的气压系数和潮汐系数,具有明确的物理意义。     

井-含水层系统地下水类型定量分析和判别

利用水位、 气压和理论固体潮数据, 采用卷积回归法中水位对气压的阶跃响应函数, 定量地分析和判定了华北北部板桥井、 大灰厂井、 黄骅井、 大甸子井、 丰镇井和三号地井的井-含水层系统的地下水类型, 并结合研究时段内各井的气压系数和M₂波潮汐因子的结果进行了对比分析． 结果表明: ① 各井的滞后时间与阶跃响应函数之间存在明显的以e为底的指数函数关系, 且底数e的系数的正负决定了井-含水层系统的地下水类型; ② 承压井的阶跃响应函数随滞后时间的增大而增大, 且最佳阶跃响应函数值越大, 相应的气压系数和M₂波潮汐因子也越大, 反之亦然; ③ 潜水井和半承压水井的阶跃响应函数随滞后时间的增大而减小, 其最佳阶跃响应函数与气压系数和M₂波潮汐因子间的关系不明显, 可能与含水层的水力特性、 井孔结构及固体潮汐波的频率有关．      

基于小波分析的水位观测气压效应研究

为研究水位气压效应的主要特征, 采用广西南宁石埠、 九塘两个台站的水位、 气压观测资料, 利用小波分析、 交叉小波分析、 小波相干分析方法在时间-频率空间内对二者的周期特征以及二者的相关特征进行了分析。 结果表明: 水位观测数据的显著周期为7.8~14.7 h, 气压观测数据的显著周期为7.8~14.7 h和17.5~27.8 h; 水位和气压存在7.8~14.7 h尺度的共振周期; 水位和气压在较宽的周期尺度上存在着显著的相关性, 且水位和气压的相关系数随周期和时间变化, 二者的相对相位角也因周期的不同而存在差异。     

计算井水位对固体潮和气压滞后响应的新方法

提出了一种计算井水位对固体潮和气压滞后响应的新方法.利用杜得森潮汐展开和泰勒级数展开,导出了计算井水位固体潮系数和气压系数以及滞后时间公式,并给出了考虑滞后影响的井水位固体潮和气压改正公式.利用该法处理了鲁03井水位和气压观测资料,求出该井水位固体潮系数为1.8mm/10~_(-3),水位对固体潮响应的滞后时间为1.53小时,气压系数为6.4mm/hPa,滞后时间为1.5小时。与以前的一般回归分析方法相比,改正后的水位中误差明显减小,改正效果较好。     

中国地下水潮汐的观测研究和分析

本文简单介绍了中国地下水潮汐的观测研究情况,介绍了对承压水位潮汐机理研究的理论结果,给出了固体潮体应变、气压和海洋潮汐对承压水头影响的偏微分方程,从这些方程的简化解讨论了它们与含水层参数间的关系.并从全国选取了33口有代表性的井孔,对这些井孔的水位和气压观测资料采取反复调和分析的方法,求出了它们的水位固体潮体应变各分波的潮汐系数和位相滞后,也求出了水位气压各分波的系数和位相滞后.      

菏泽5＼9级地震前豫01井水位对气压和固体潮响应的变化

本文给出了一种处理井水位的新方法，它考虑了井水位对气压和固体潮响应的滞后影响。利用泰勒和杜得森展开法，导出了计算井水位气压系数，固体潮系数以及它们的滞后时间的公式，并给出了考虑滞后影响的井水位气压与固体潮改正公式。我们利用这一新方法处理了豫０１井１９８３年的观测资料，计算出每天的井水位固体潮，气压系数和它的滞后时间。该４种参数在１９８３年１１月７日菏泽Ｍｓ５．９级地震时大幅度变化。而且在地震前，后     

Removal of barometric pressure effects and earth tides from observed water levels

The effects of barometric pressure and earth tide changes are often observed in ground water level measurements. These disturbances can make aquifer test interpretation difficult by masking the small changes induced by aquifer testing at late times and great distances. A computer utility is now available that automatically removes the effects of barometric pressure and earth tides from water level observations using regression deconvolution. This procedure has been shown to remove more noise then traditional constant barometric efficiency techniques in both confined and unconfined aquifers. Instead of a single, instantaneous barometric efficiency, the procedure more correctly accounts for the lagged responses caused by barometric pressure and earth tide changes. Simultaneous measurements of water levels (or total heads) and nearby barometric pressures are required. As an additional option, the effects of earth tides can also be removed using theoretical earth tides. The program is demonstrated for two data sets collected at the Waste Isolation Pilot Plant, Carlsbad, New Mexico. The program is available free by request at http://www.hydrology.uga.edu/tools.html.     

井水位的固体潮效应和气压效应与含水层参数间的定量关系

本文分析了水井水位的固体潮效应和气压效应与承压含水层参数之间的定量关系。结果表明,含水层的固体骨架体积压缩系数和孔隙度越小,水井水位的固体潮系数则越大;含水层的固体骨架的体积压缩系数越小,孔隙度越大,則水井水位的气压效率越大。本文还把理论结果和固体潮及气压的实际观测结果进行了对比,两者符合得较好。     

深井水位对固体潮和气压的响应

本文以体应变固体潮对深井水位影响的偏微分方程为基础，考虑到含水层与井孔之间相互渗流的边界条件，用叠加原理、冲量定理的分离变量等方法得出了方程的解。把水井含水层的参量给予一些可能的值，通过数值计算讨论了水井固体潮系数、位相滞后和含水层参数之间的关系，解释了井水位对固体潮响应的位相滞后现象。结果表明，井孔的半径、含水层的孔隙度及固体骨架的体压缩系数愈大，含水层的导水系数愈小，则水井水位的固体潮系数愈小     

1989年大同6.1级地震前后地下水位固体潮加卸载响应比的变化

将加卸载响应比的理论和方法引入地下水位潮汐资料计算中,根据岩石的应变与应力的非线性响应分析了井水位固体潮加卸载响应比的物理机理,从理论上论证了用地下水位观测资料计算加卸载响应比的可行性并研究出利用地下水位对固体潮的响应来计算加卸载响应比的方法.以此方法计算了我国大华北地区近20 a 来地下水位的固体潮加卸载响应比,分析了1989 年大同6 .1 级地震前后地下水位固体潮加卸载响应比的变化.多数井的水位固体潮加卸载响应比在地震前6 ～12 个月出现升高异常变化.