海南地区五口井水位对汶川地震的同震记录及其频谱分析

水震波是指地震波引起的井孔水位震荡现象.刘江等(1989)采用差容式加速度计作为拾震器,记录到了新丰江水库2.4级地震水震波中的PG和SG震相;舒优良等(2003)将BCC差压式水位仪与采样率为50Hz的地震数据采集器连接,周至深井成功记录到了2000年10月6日日本本州7.3级地震的数字化水震波波形,并与陕西数字地震台网部分台站的宽频带地震记录资料进行对比研究,得出有益的结论.     

河北无极井同震响应特征分析

小波变换得到河北无极井水位震前异常明显，异常一般出现在震前3个月内，对2011—2018年河北无极井数字水位分钟值数据及全球M≥5.0地震资料进行分析，结果表明：无极井对全球M≥7.0地震具有较好的同震响应能力，对不同地震的响应形态均表现为震荡型的水震波；井-含水层观测系统、地震震级、井震距是影响水震波记录效果的重要因素；震源机制类型可能会影响井孔记录水震波的效果。对水震波与地震波关系进一步分析表明：引起水位同震响应的地震波中R波引发的水位变化幅度最大；小波变换得出大震前水位细节分析存在明显的高频异常信息，震后效应明显。综合分析前人对水位震荡的机理研究，并结合无极井具体情况对其相关机理进行初步探讨。     

新疆阿克陶MS6.7地震引起的新10井水位同震响应研究

本文根据新10井数字化高频采样水位仪记录到的2016年11月25日新疆阿克陶M_S6.7地震所引起的水震波,对比分析了该井水位与地表垂向运动的相关性特征,并对二者与井-含水层系统水文参数的关系进行了深入探讨.分析结果显示:①与地震波信号相似,新疆阿克陶M_S6.7地震引起的新10井水震波存在两个显著的周期,即6—10 s和15—30 s;②新10井水震波响应幅度与地表垂向运动幅度整体呈正相关,且在高频阶段(频率大于0.08 Hz)二者的振幅比随着频率的减小而增大,表明该井水位对周期大于12 s的信号放大效能较高;③利用水震波与地震波的振幅比估算新10井观测含水层渗透系数的量级为10-2 cm/s,且在地震波作用过程中含水层的水文参数也存在波动.本研究表明,井水位的同震响应机理较为复杂,在分析水位同震响应特征时,高采样率的水位数据是获得可靠结果与认识的基础.      

海南地区5口井水位对汶川地震的同震响应及其频谱分析

对比海南地震台网记录的汶川MS8.0地震的地震波形,分析了海南5口井的高采样率数字化水震波波形特征。采用傅立叶变换和小波分解方法,对海南前兆台网5个台水位仪在汶川MS8.0地震中记录到的高采样率数字化水震波进行了频谱分析,结果显示地震波的不同波组激发的水震波波组差别较大,5口井的水震波周期跨度很大,从10多秒到1000多秒,不同井孔的水震波幅度差别较大。同时还初步分析了水震波的形态和水震波各个频率组的形成机理。     

唐山矿井模拟与数字水位的记震能力对比分析

介绍了唐山矿井模拟水位与数字水位观测的基本情况,对2004年7月至12月11次全球7级以上地震引起唐山矿井模拟水位与数字水位水震波特征进行了对比分析。结果表明数字水位有较模拟水位的记震特征易识别,水震波初动清楚,资料连续,误差小等优点,但数字水位采样率低,水震波记录存在畸变。     

LN-3A水位仪记录的高采样率大震水震波特点及仪器改进

分析了海南前兆台网水位仪对苏门答腊M_S 8.7地震和我国四川汶川Ms 8.0地震的高采样率水震波记录情况,从中可较明显地看到地震波引起的井水位详细变化,但也存在水震波的丢头、仪器时间存在误差,第一代仪器水震波相互覆盖等现象,提出了在水位仪中增加在线缓存记录、自动定时校时功能等改进建议。     

广西地下水位数字与模拟观测对比分析

选取广西“十五”地震前兆网络项目地下水位数字化观测与模拟观测资料,利用固体潮形态、水震波、相关性、内在质量等方法进行了对比分析,结果表明：两种观测的动态变化基本一致;在仪器正常运行、无故障情况下,两者数据的相关性良好。综合分析认为数字化观测的信息量大,灵敏度高,跟踪速度等明显优于模拟观测。随着仪器稳定性能的提高,用数字化水位观测仪器取代模拟水位观测仪器是可行的。     

广西桂平西山井水位同震特征和机理初探

收集了2008~2016年广西桂平西山井水位观测数据及全球5级以上地震资料,分析井孔记录水震波的能力、水震波形态特征及影响因素,初步探讨了西山井同震的机理,获得以下认识:桂平西山井对全球M_S≥7地震具有较好的同震响应能力,水震波的形态主要为振荡型,少数呈现阶升型。井-含水层观测系统、地震震级、井震距是影响井孔记录水震波能力的主要因素。含水层介质受瑞利面波作用会发生体积变化,导致水位振荡,是形成振荡型水震波的可能机理。阶变型水震波的形成与区域应力场增强、介质变化及构造活动等因素有关。西山井水位阶升与周边中强地震活动存在较好对应关系,该认识可为地震预测研究提供参考。     

福建汤坑群井的水位固体潮与水震波特征

汤坑群井由7口地震地下水动态观测井组成,彼此相距不过几百米。近两年的观测结果表明,这些井都能记录地球固体潮,大部分能记录地震波,但各自的显示特征不同。本文以各井孔的地质-水文地质背景条件与井孔结构特征为基础,对比分析了群井的水位固体潮与水震波特征     

水震波与地震面波的对比研究及其应用

利用同一地质单元内的水震波与地震面波资料进行对比研究,估算水位对含水层应力庆变的响应“格值”,选取唐山矿井水震波资料,唐山陆河地震台记录的地震面波资料,估算“格值”是９．１８２×１０＾－１０／ｃｍ,即唐山矿井观测含水层垂直应变量为９．１８２×１０＾－１０／ｃｍ时,井水位变化１ｃｍ。     

深井水位对地震波、固体潮和气压的水力响应—以范县井为例

以河南范县井为例,利用不同的水力响应模型分析了井水位对地震波、固体潮和气压的响应特征,并基于相关水力响应模型反演估算了含水层的水力参数。结果显示:在高频加载作用过程中,井-含水层系统中的水流模式以水平向为主,而在低频加载作用过程中,则为水平向和垂直向共存的混合模式;利用周期为10—102 s的高频段的地震波响应模型估算的含水层导水系数值较大,为7.20×10?3 m2/s,利用周期为3.75×104 s的低频段的固体潮响应模型估算的含水层导水系数值较小,为2.02×10?6 m2/s,而利用周期为102—104 s的中等频率段的气压响应模型得到的估算值介于二者之间,为3.44×10?5 m2/s。由此分析认为,在周期性加载作用过程中,井-含水层系统内的水流模式与加载频率有关,基于不同水力响应模型反演估算的含水层水力参数存在尺度效应。本研究取得的认识,既可为井水位动态响应的机理解释提供理论基础,也可为目标含水层水力参数的原位测量提供技术支撑。      

水井含水层导水系数及其对地震波的响应

利用弹性理论和渗流理论研究了井水位振荡试验,给出了一种计算水井含水层渗流特性参数的新方法。该方法不是用井水位的恢复曲线,而是用井水位的振荡曲线计算出水井含水层的导水系数。对５ 口水井的导水系数及其对地震波的响应进行了统计,结果表明：水井含水层的导水系数越大,井水位对地震波响应的幅度越大,响应的次数越多。     

承压井水位观测系统对体应变的响应机制分析

本文基于弹性力学与流体静力学原理对承压含水层这种弹性孔隙介质在作用力激励下所作出的体应变响应的力学机制进行了较清晰深入的阐述与理论推导,得到了井水位系统的动力学方程,该方程表明井水位系统为一个零阶的放大环节,其传递函数为一常数,从而给出了在含水层孔隙度分别等于零和等于1情况下的井水位系统所允许的理论格值范围.鉴于井水位系统为一个天然体应变计,其维尼迪柯夫调和分析所得到的振幅比（或潮汐因子）即为该水井的传递函数（灵敏度）.由于半日波为水位观测资料的主项,而M2波又为半日波的主项,因此以M2波灵敏度的倒数作为该井水位系统的格值是较为可取的.在取得格值的基础上,本文利用福建5口水井2008年5月份的井水位分钟值对发生在5月12日的四川汶川地震所引起的同震阶变进行计算,四川汶川大地震所引起的这5口水井的水震波幅度与体应变潮汐波幅度约为10^-7~10^-8.     

华蓥山地区4口井水位潮汐动态特征研究

本文选择沿华蓥山断裂带分布的荣昌等4口观测井,利用Baytap-G潮汐分析方法,计算各井水位和气压及理论固体潮的潮汐振幅谱,比较其潮汐频谱差异,通过对主要潮汐分波振幅的回归计算定量分析各井水位受气压潮和固体潮影响的大小。基于对井水位正常动态的认识,选择各井水位潮汐的主要分波,对井水位长时序数据进行分析计算,提取水位潮汐响应特征参数(振幅比和相位差),进而探讨特征参数动态变化特征。最后对井水位受气压潮和固体潮影响的差异原因进行了初步探讨。结果表明,荣昌井水位主要受气压作用的影响,北碚、大足、南溪三口井水位受固体潮-气压潮综合作用的影响,而荣昌井水位只受气压潮影响可能与该井所处含水层裂隙发育且该井未下设止水套管有关;荣昌井P_1S_1K_1波和南溪井M_2波振幅比和相位差在几次大震后没有明显变化,说明地震波没有使井孔与含水层之间的水流交换发生显著变化,而北碚井和大足井M_2波振幅比和相位差分别在汶川和芦山地震时发生变化,反映了地震波的疏通影响。     

从昌平井体应变、水位对地震波的响应特征求算含水层的Skempton常数

以理想孔隙弹性介质线性孔隙弹性理论为基础, 利用井含水层系统孔隙压力变化与体应变之间的数学表达式. 以2004年12月26日苏门答腊MＳ8.7（根据中国地震台网中心目录）地震波引起的昌平地震台水位和体应变波动资料为例,分别从时间域和频率域分析了水位与体应变之间的相互关系,并计算出地震波通过含水层时引起的水位波动对体应变的响应系数,给出了一种估算Skempton常数B的方法,为求解含水层特性提供了途径.      

Estimation of groundwater storage from seismic data using deep learning

Convolutional neural networks can provide a potential framework to characterize groundwater storage from seismic data. Estimation of key components, such as the amount of groundwater stored in an aquifer and delineate water table level, from active-source seismic data are performed in this study. The data to train, validate and test the neural networks are obtained by solving wave propagation in a coupled poroviscoelastic–elastic media. A discontinuous Galerkin method is applied to model wave propagation, whereas a deep convolutional neural network is used for the parameter estimation problem. In the numerical experiment, the primary unknowns estimated are the amount of stored groundwater and water table level, while the remaining parameters, assumed to be of less of interest, are marginalized in the convolutional neural network-based solution. Results, obtained through synthetic data, illustrate the potential of deep learning methods to extract additional aquifer information from seismic data, which otherwise would be impossible based on a set of reflection seismic sections or velocity tomograms.     

Test of frequency characteristic for well and its response to seismic waves

The permeation parameters have been calculated by forefathers on the basis of permeation theory by means of the Slug test (Yin, Zheng, 1992) and the restoration curves of well level. We are interested in oscillation of the well level when we make Slug test. Both the permeation parameters and frequency parameters, i.e., natural period and damping coefficients of well aquifer, have been calculated on the basis of vibration theory by means of the oscillation curves. Not only this has given a new method, but also the different response of well level to seismic waves has been explained by it in theory.     

新10井水位对九寨沟M_S7.0、精河M_S6.6地震同震响应

基于新10井水位对九寨沟M_S7.0、精河M_S6.6地震的同震响应特征,分别利用水震波和潮汐分析法,反演得到了新10井水位在地震波作用期间和地震波作用前后含水层参数特征,探讨了2次地震引起的新10井同震响应变化机理。结果表明,新10井水位对九寨沟地震和精河地震具有不同的同震响应形态,利用水平流模型反演所得的新10井含水层渗透系数,在九寨沟地震时为61m/d,而在精河地震时为147m/d,表明地震波作用导致水平向的渗透性增强;利用垂向流模型反演得到的新10井含水层渗透系数,在2次地震之前约为49×10~(-5)m/d,而在地震之后约为18×10~(-5)m/d,表明地震波作用导致垂直向的渗透性减弱。因此,新10井水位的同震响应变化与地震波引起的含水层渗透率的改变有关。