三轴压力下水与砂岩反应的实验研究

通过饱水砂岩的三轴压缩实验, 研究了含水层砂岩的破裂过程及其伴随的水化学变化, 并探讨了砂岩在蠕变和剪切破裂过程中地震水化异常现象的形成机理。 用离子色谱仪(IC)和等离子原子发射光谱仪(ICP-OES)测定了不同压力条件下实验溶液的F^-、 Cl^-、 NO^-₃、 SO^2-₄、 Ca²⁺、 Mg²⁺、 Na⁺浓度。 饱水砂岩在差应力作用下, 随着蠕变时间延长和剪切作用的强化实验, 溶液中主要离子的浓度均有不同程度的增大, 仅Mg²⁺浓度是降低的。 F^-和Cl^-浓度变化最明显, 在2~12小时的蠕变时间内分别增大约10倍和4倍, 而随剪切作用的强化分别增大约5倍和3倍。 这种变化主要与矿物的溶解和流体包裹体的混入有关。 实验结果表明, F^-、 Cl^-和Ca²⁺可作为砂岩含水层地震水化前兆监测的灵敏组分。     

昆明地震台流体观测井水文地球化学特征

以昆明地震台井水、渔塘水为研究对象,通过水质、同位素分析方法并结合水文地质、构造地质等资料,探究井水地球化学特征及意义,以及井水与渔塘水之间的水力关系。研究结果显示：昆明地震台井水、渔塘水水化学类型为HCO₃—Ca型,水质受含水层和隔水层岩性控制,与2018年相比2020年井水水化学特征发生了显著变化,K⁺、HCO₃^-浓度降低,这反映了昆明地震台井—含水层渗透性有所增加;SO₄^2-、Cl^-浓度的增加则表明昆明地震台井水会受到人为干扰。研究区构造活动平稳,井水为未成熟水,演化程度较低,因含水层渗透性增强和人为干扰,自2018年7月至2020年11月昆明地震台井水—岩作用有所增强,表现为δD、δ¹⁸O富集,Mg²⁺浓度升高。井水补给来源为大气降水,补给区位于观测井正北的石关一带。渔塘水与昆明地震台井水间存在水力关系,在分析地表水对昆明地震台井的影响时应予以考虑,但渔塘水不是影响井水的主要因素。     

甘肃东南地区温泉流体地球化学特征

根据氢、 氧、 氦同位素与水化学组分资料, 讨论了甘肃东南地区温泉水的来源、 地球化学变化及其与2008年汶川M_S8.0地震的关系。 测定结果表明: 样品的溶解性固体总量(TDS)范围为241.7~2 372.1 mg/L。 采集的7处温泉(通渭汤池河温泉、 清水地震台、 天水地震台、 武山地震台、 武山22号井、 成县地震台、 武都地震台)水样可归为四种化学类型: Na·Ca-SO₄、 Ca·Mg-SO₄、 Na-HCO₃·SO₄、 Ca·Mg-SO₄·HCO₃。 地下热水的化学类型与裂隙深度和围岩的岩性有关, 离子浓度和断裂深度基本成正相关。 通渭汤池河温泉和武都地震台的δ18O和δD值分别在-11.4‰ ~ -7.6‰和-85.7‰ ~ -57.1‰的范围内, 通渭汤池河温泉和武都地震台中³He/⁴He的值分别为0.4×10^-7和12.7×10^-7。 氢、 氧、 氦同位素组成特征表明温泉水源于大气降水, 在循环过程中经历了水岩反应, 且可能有地表水的混入。 2008年汶川M_S8.0地震发生后, 研究区域内温泉水中K⁺、 Ca²⁺含量总体上升, SO^2-₄、 Cl^-含量总体下降, Na⁺含量变化不明显; 热水循环深度受地震影响发生变化。 本文确定了甘肃东南地区温泉来源、 水化学类型成因及其与汶川M_S8.0地震的关系。     

2012年6月30日新源Ms6.6地震前后北天山泥火山及温泉的水化学变化

2012年6月30日新源-和静M_s6.6地震前后,新疆北天山地区的泥火山及温泉出现了明显的水化学异常。在地震前后4天内,采集了两批泥火山和温泉水样品,测定了泥火山和温泉水样的水化学参数。资料表明,泥火山喷溢水属于低温、弱碱性咸水或盐水,水化类型为CI-Na,来源于储存在封闭构造中并与干旱海相、河湖相沉围岩发生了漫长而复杂水岩作用的大气降水。温泉水为中温、弱碱性SO₄·CI-Na型淡水,形成于地表水沿断裂深循环过程中的水岩作用。安集海泥火山出现同震喷溢,震后泥水温度(T)、总矿化度(TDS)、K+、Na+及Ca2+大幅上升;独山子、白杨沟及AM02泥火山为震前喷溢,独山子、白杨沟泥火山表现为T.TDS、EC、Na+、CI的升高和K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺的降低;AM02泥火山K⁺、Mg⁺明显降低,Ca²⁺上升达223%。震后沙湾25号泉T降低7℃, TDS、电导率(EC)、K⁺、Na⁺、 Ca²⁺、 .Mg²⁺、CI^-及$SO_{4}^{2-}$升高。研究结果可用于北天山地区的地震趋势分析和改进利用各泥火山、温泉进行北天山地区地震活动性监测的水化学方法。     

云南宁洱—通关火山区温泉水文地球化学与地震短临前兆异常特征研究

温泉水文地球化学监测可以提供很好的地震短临前兆异常信息。通过采集云南宁洱—通关火山区8个温泉出露点的水样进行水化分析,研究了温泉水文地球化学变化与地震的关系。结果表明：(1)通关火山温泉有6种水化类型,分别是Na·Ca-HCO₃、Na·Cl-HCO₃、Na-HCO₃、Ca-HCO₃、Na·Ca-SO₄·HCO₃和Na·Ca-Cl·SO₄型。(2)δ¹⁸O和δD值分别为12.69%～-10.80‰和-89.2%～-81.5‰,表明研究区温泉水主要补给来源是大气降水,补给高程为2.0～2.7 km。(3)温泉的热储温度在81.7℃～86.3℃,热循环深度为1.1～1.3 km,其热源主要是地热增温及岩浆热。(4) 2020年云南绿春M_L4.4地震前,清平热水塘和西萨温泉的Na⁺、Cl^-、SO₄^2-浓度均出现不...     

天山地区地震监测井(泉)水文地球化学特征

为研究天山地区地震监测井(泉)地下水化学特征,系统采集了20个天山断裂带地震监测点地下水化学样品,综合运用氢氧同位素、Gibbs图、离子比值、Piper三线图、Na-K-Mg三角图和舒卡列夫分类等方法探讨了监测点的水化学及水文地球化学特征。结果如下:(1)天山地区地震监测井(泉)水中主导阳离子为Na⁺,阴离子分别为HCO₃^-、SO₄^2-和Cl^-,TDS介于249.9～10 272.3mg·L^-1之间,多数为淡水。(2) δD、δ¹⁸O结果表明天山地区地震监测井(泉)水主要来源于大气降水。Gibbs图表明研究区监测点地下水元素主要受岩石溶滤控制,南天山和乌鲁木齐监测点地下水受到一定蒸发浓缩控制。离子比值显示碳酸盐和硫酸盐矿物溶解是控制地下水主要离子组分主要因素。(3) Na-K-Mg三角图表明天山地区地震监测井(泉)水多数为“部分平衡水”,部分为“未成熟水”,水—岩反应处于较为活跃的程度,有利于孕震信息的传递,适合...     

2020年新疆于田MS6.4地震温泉水文地球化学异常特征研究

2020年6月26日新疆于田县发生M_S6.4地震, 地震发生前后对震中80 km内的两个温泉在2019年9月至2020年10月的水文地球化学的变化特征进行了研究, 结果表明: ①温泉水的来源为其周围昆仑山的冰川融水, ②克孜勒沙衣温泉补给高程6 km, 水化学类型为Na-HCO₃、 部分平衡水、 温泉循环深度达到1.7 km左右, 其主要气体组分为N₂, 幔源氦占10.6%。 ③乌什开布隆温泉补给高程为3.1 km, Ca·Na-HCO₃·SO₄型, 未成熟水, 可能与浅层冷水发生了混合作用, 循环深度仅达到0.5 km, 该温泉的水化学组分对周围的地震活动有明显的异常响应, 伽师M_S6.4地震前, 区域应力的不断加载使断裂带内裂隙发生明显变化, 从而温泉流体行为发生变化, 使乌什开布隆温泉的离子浓度小幅度上升, 且Cl^-含量在于田M_S6.4地震后16天突增。 因此, 对乌什开布隆温泉及克孜勒沙衣温泉的流体地球化学特征进行连续监测, 可以为未来阿尔金断裂及西昆仑断裂的交会区地震危险性提供有效判断指标。     

内蒙古—辽宁交界地区地下水化学类型及其成因分析

通过对内蒙古东部—辽宁西部地区主要活动断裂带及其周边25个泉、井、河流、水库取样点的氢氧同位素组成及主要离子含量进行测试,讨论了该地区地下水的物质来源及其与地震活动的关系。结果表明：(1)研究区地下水主要来源于大气降水。水样TDS范围为40.14～1 720.87 mg/L,低矿化度(TDS<200 mg/L)水样的离子主要来源于岩石溶解和大气输入,而其它水样的离子主要来源于岩石溶解和深部流体,大气输入相对很小,但各测区深部流体的贡献有明显差别;(2)低温热水、中温热水及高温热水均为花岗岩裂隙水,其水化学类型为硫酸型和重碳酸型,富含碱性长石的火成岩溶解导致地下水富Na⁺,周围构造活动相对活跃。其中,RST水样更接近深部储水层的热水特征,表明其受深部流体影响为主;(3)NS和AES水样位于阴山北部高原区,为CO₂过饱和水,属重碳酸钠型;AES受干旱区季节性降水淋滤表层可溶盐、水体的蒸发以及深部富CO₂流体混入造成其矿化度最高;(4)KZHQ和BYNE水样分别处于碳酸盐岩含水层和含砾砂岩含水层,由于Ca^2+<...     

新疆哈密翼龙化石风化机理初步研究

哈密翼龙化石的发现对探讨翼龙习性、起源与演化具有重要意义.但随着保存环境的变化,化石骨骼产生了明显的开裂剥落等风化现象,严重威胁化石保存.本文利用X射线荧光光谱法(XRF)等多种方法对骨骼化石进行测试,以探讨其风化机理.分析表明,翼龙中空骨骼内的填充物主要是方解石,夹杂少量石英和长石等碎屑颗粒.骨骼化石的主要成分是羟基磷灰石,但部分羟磷灰石中的PO₄^3-被CO₃^2-所替代.在骨骼脉管道内填充着少量方解石和锰质胶结物,化石的磷酸盐结晶度指数高达4.17,可见翼龙骨骼经历了明显的成岩作用.骨骼化石中含有大量Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-、Na⁺和Ca²⁺等离子,总可溶盐含量高达35584.41μg g^-1.根据以上分析结果,本文将翼龙化石风化的原因概括如下:一方面,在戈壁温差剧烈变化下,化石围岩、骨骼化石和内部填充物等各部分中所含物质的热膨胀系数不同,造成热应力局部集中导致化石开裂剥落;另一方面,在温湿度变化时,骨骼当中所含大量可溶盐产生的结晶压、水化压等压力超过了骨骼化石的抗拉强度,对化石造成破坏.因此,建议先对此类化石进行盐害治理及加固处理,然后将其存放于温湿度较为恒定的环境中.     

基于张衡一号卫星监测的2021年青海玛多7.4级地震前电离层效应

本次研究围绕张衡一号(ZH-1)卫星监测到的2021年青海玛多M_S7.4地震前的电离层效应,采用上下四分位距法和小波变换法处理ZH-1卫星朗缪尔探针(LAP)探测到的电子密度N_e和等离子体分析仪(PAP)探测到的离子密度N_i(He⁺和O⁺)数据,经分析发现N_e、 He⁺密度和O⁺密度在震前7天(2021年5月14日)和5天(2021年5月16日)出现同步异常。在此基础上,基于地球物理异常多项证据,分析认为2021年玛多M_S7.4地震孕育过程包括应力扩张早期、应力扩张晚期和临震加速期,该地震可能通过岩石圈—大气圈—电离层耦合模型的声重波、电磁波通道影响了电离层。     

2013年岷漳地震和2014年景谷地震的能矩比对比研究

2013年岷漳地震和2014年景谷地震两个地震的矩震级均为M_W6.1,但相同等级烈度区域的面积差异显著,前者均明显大于后者.地面震动的强烈程度与震源破裂过程中辐射的地震波高频成分密切相关,作者系统地测定与研究了这两个地震的震源谱和反映其震源特征的能矩比等震源参量.结果表明,虽然岷漳地震和景谷地震释放的地震矩基本相同,分别为1.6×10¹⁸Nm和1.8×10¹⁸Nm,而且前者还比后者略小些,但其释放的地震波辐射能却差异显著,分别为1.3×10¹⁴J和0.6×10¹⁴J;因而前者的能矩比（8.1×10^-5）是后者能矩比（3.3×10^-5）的大约2.5倍.相应地,岷漳地震的视应力和应力降也都明显大于景谷地震的视应力和应力降.此外,这两个地震震源谱结果均显示出其高频趋势均按角频率ω的-2幂次衰减,符合"ω²模式";采用理论震源谱公式计算结果分别约占实际结果的54%和50%,两个地震的地震波辐射能解析解之间的差异依然约2.3倍.震源破裂特征的显著差异导致岷漳地震单位地震矩释放的地震波辐射能更多,即岷漳地震能矩比更大,是导致这两个矩震级均为M_W6.1地震的地震烈度差异显著的一个重要原因.     

安宁河断层地震成核条件研究——来自天然花岗岩断层泥摩擦实验的启示

安宁河断层历史上发生过多次强震,现存的地震空区反映了其断层中部近30年来的断层闭锁和应变积累情况,是潜在的大地震危险区.本研究采用断层带内的新鲜花岗岩断层泥样品,在水热条件下开展了摩擦滑动实验,以研究安宁河断层摩擦特性和地震成核条件.实验有效正应力200MPa,孔隙水压30 MPa,温度25～600℃,剪切滑移速率在1...     

河套盆地周缘泉水化学组分对2015年4月15日阿左旗MS5.8地震的响应*

根据河套盆地周缘断裂带泉水的氢、氧同位素组成和水化学组分,讨论了该区地下水的化学类型、成因及其与地震活动的关系。于2014年9月下旬和2015年4月15日M_S5.8阿左旗地震震后在河套盆地周缘的乌拉山断裂带、色尔腾断裂带、狼山断裂带以及桌子山断裂带采集了17个泉水和井水样品,测得水样的TDS分布在143.8~42 553.0mg/L范围内,δD和δ¹⁸O值分别在-83.6‰~66.56‰和-11.16‰~8.2‰的范围内,来源为大气降水。根据舒卡列夫分类法,震前水样可划分为13种水化学类型,震后西山咀、圐圙朴隆等5个点采样点泉水的水化学类型发生变化。其中,乌拉山断裂带的水样以HCO₃-Ca型低矿化度地表水为主;色尔腾断裂带、狼山断裂带泉水受白垩系含水层影响,矿化度较高,富含HCO^-₃及SO^2-₄;桌子山一带受煤矿开采影响,水样以富SO^2-₄和Cl^-的高矿化度水为特征。地震前后TDS、阴、阳离子以及γNa/γCl、γ(SO₄+Cl)/γHCO₃、γHCO₃/γCl等毫克当量比值能够较好地反映地震。2015年4月15日阿左旗M_S5.8地震后,呼鲁斯太、迪延阿贵庙及八一井的水化学组成变化较大,对地震响应较为敏感。呼鲁斯太地区泉水的TDS稍有降低,但HCO^-₃在阴离子中所占比例有所增加,表明震后该地区含水层的泉水与较低矿化度的含碳酸盐岩含水层水发生了混合;八一井的TDS值有所增加,γNa/γCl比值有所降低,表明深部高矿化度水的混入;迪延阿贵庙水样的TDS稍有下降,但NaCl的相对含量较震前有所升高,表明有低矿化度NaCl水的混入。本工作不仅确定了该区水文地球化学背景,而且对地震监测和预测具有一定参考价值。     

巴颜喀拉块体东缘形变及九寨沟地震孕震环境数值分析

2017年8月8日四川发生九寨沟M7.0地震,是继2008年汶川M8.0地震后发生在巴颜喀拉块体东部的又一强震.现今GPS速度观测数据显示,2008年汶川地震前后的1999-2007年和2011-2016年两个时间段内巴颜喀拉块体东部地表速度场存在明显的差异.本文以实际GPS速度观测资料为约束,构建三维有限元地球动力学模型,分别计算分析了两个时段内震源区及周边现今地壳形变、弹性应变能和应力积累特征,进一步探讨汶川地震的发生对九寨沟地区变形及应力的影响.数值模拟结果显示,汶川地震之后(2011-2016年)巴颜喀拉块体东部的地壳形变、弹性应变能积累及应力积累速率均明显大于震前,增加量值达1.5-3倍;九寨沟地震发震断裂上库仑应力增长率在1999-2007年约为0.7 kPa·a~(-1),2011-2016年间增至1.2 kPa·a~(-1).上述结果表明,现今巴颜喀拉块体东部地壳应力积累过程有利于左旋走滑型九寨沟地震的发生,汶川地震的发生调整了区域应力状态,加速了九寨沟地震的孕育过程.     

安徽霍山窗重复地震尾波Qc值变化研究

本文用波形互相关方法识别霍山窗重复地震对,进一步在重复地震对中搜索重复地震序列.人工挑选了一条时间在上覆盖2009年且时间分布相对理想的由8个重复地震组成的重复地震序列(Repeating Earthquake Series, RES).挑选1个重复地震作为参考对象,使用前人提出的滑动窗口谱振幅比方法计算其它7个重复地震与该地震的尾波Q_c^-1值的变化量ΔQ_c^-1,结果发现在2009年的3次重复地震尾波Q_c^-1值的变化量ΔQ_c^-1比2008年和2010年有明显增大,即尾波Q_c^-1从2009年开始出现明显降低,2010年后恢复;若换算成Q_c值的变化其增幅可达11%~21%.然而在2009年霍山窗及附近地区并未发生中强地震,而是伴随尾波Q_c值增加出现了小震活动增强的现象.结合地球动力学知识和前人对中国大陆东西部中强地震活动特征及时间关系的研究结果,认为霍山窗重复地震尾波Q_c值的变化与前人研究的震前地震孕育导致的尾波Q_c值变化有所不同,前者可能是受到大陆西部物质东移和应力向东传递这种外部因素的影响导致霍山地区地壳应力的变化,因而引起尾波Q_c值的变化.     

The seasonal variation of streamwater chemistry in three forested Mediterranean catchments

Streamwater chemistry is described for three streams draining undisturbed, evergreen broad-leaved forested catchments on phyllites in NE Spain: two streams with no or negligible flow in summer are located in the Prades massif, and one perennial stream is in the wetter Montseny mountains. Weekly data for a study period of 2–4 years are provided to (1) describe the seasonal variations in streamwater chemistry, (2) analyse the relationship between stream discharge and solute concentrations using a two-component mixing model and (3) search for patterns of temporal variation in stream solute concentrations after discounting the effects of discharge. At Prades, concentrations of all analysed ions, except NO⁻₃, showed marked seasonal variations in stream water, whereas at Montseny only ions related to mineral weathering (HCO⁻₃, Na⁺, Ca²⁺ and Mg²⁺) showed strong seasonality. Ion concentrations were more closely dependent on instantaneous discharge at Montseny than at Prades. The residuals of the relationship between solute concentrations and discharge retained a strong seasonality at Prades, but not at Montseny. These differences are related to the major hydrochemical processes that determine the streamwater chemistry at each site. The same processes are probably operative in the three catchments, but are of varying relative importance. At Montseny, the mixing of waters of different chemical composition seems to be the major process controlling streamwater chemistry, although the soilwater end-member composition predicted by the mixing model applied did not match the measured soilwater chemistry. In the drier Prades catchments, the two major hydrochemical processes determining the seasonal variation of streamwater chemistry are (1) the restart of flow after the summer drought, which flushes out the solutes accumulated during the dry period, and (2) the seasonal changes in groundwater chemistry that result from the interplay of water residence time, temperature and CO₂ partial pressure. In Mediterranean catchments with relatively high precipitation, such as Montseny, the seasonal variation in the streamwater chemistry is largely determined by the same processes as at humid-temperate sites, whereas in drier Mediterranean catchments, such as Prades, the major hydrochemical processes are clearly distinct.     

Intensifying groundwater acidification at Birkenes, southern Norway

Groundwater chemical data from Birkenes, southern Norway, collected during the period October 1980 to November 1993, reveal intensifying acidification in the 1990s, as evidenced by decreases in pH, acid-neutralising capacity and alkalinity, and increases in hardness/alkalinity ratio, ‘acidification’, nitrate, non-marine sulphate (SO₄^*), non-marine hardness (Ca^* + Mg^*) and dissolved aluminium. The whole monitoring period is characterised by slopes of four or more on a plot of (Ca^* + Mg^*) vs. alkalinity.

Owing to its proximity to the sea, the Birkenes catchment receives seasalt-influenced precipitation, which results in episodic, natural acidification of the groundwater via cation exchange of marine Na⁺ with soil-bound H⁺ and/or Al³⁺. However, it is uncertain whether all of the recent groundwater acidification can be attributed to intensifying seasalt deposition alone: the steep slopes on the (Ca^* + Mg^*) vs. alkalinity plot and the increase in groundwater SO₄^* suggest that strong acids, of possible anthropogenic origin, may be involved. Additionally, seasalt deposition appears not to have increased during the 1990s: Cl⁻ content in precipitation has not increased significantly and river water pH has not decreased significantly over the period 1990–1993. The suggestion is made that the observed intensification in groundwater acidification at Birkenes partly results from the exhaustion or weakening of an acid buffering system caused by soil acidification, under persisting, even if abating, anthropogenic acid loading.