基于同震水震波的水文地质参数求取方法探讨

井-含水层系统水文地质参数是地下水/含水层水流模型中的关键参数,这些参数通常通过室内实验、野外试验和模型反演获取。基于新10井水位对远场地震的同震响应,通过频谱法分析了该井水震波与地震波的相关性,提出了一种利用水震波信号(主要是瑞利波引起)反演获取承压含水层水文地质参数的方法。结果表明新10井水震波与地震波在变化形态、频谱特征上均具有很好的一致性,估算得到的新10井-含水层系统的储水系数值为1.33×10~(-5)~1.64×10~(-5),渗透系数值为57~87 m/d。提出的承压井-含水层系统水文参数估算法具有很好的实用性,可为地下水管理、地震机理分析等提供一种新的技术方法。     

承压含水层井孔储存效应对气压波动引起的井孔水位波动的影响

定量研究了井孔储存量对气压波动引起的承压含水层井水水位波动的抑制和滞后效应,建立了相应的数学模型,并推出了其解析解,给出了承压含水层井孔水位波动与气压波动的定量关系.分析发现,对于常见承压含水层完整井来说,当其井径大于0.1m时,井孔储存量对气压波动引起的井水水位波动具有明显的控制和滞后效应.随着井径的增大或者含水层水力扩散系数的减小,气压波动引起的井水水位的波动减弱.当井径无穷大或含水层水力扩散系数无穷小时,井水水位不再随气压波动;反之,当井径无限小或含水层水力扩散系数无穷大时,井水水位则正好以反相位随气压波动,且井水水位波动幅度和气压波动幅度之比刚好为气压效应系数.     

汶川8.0级地震与苏门签腊8.7级地震井水温度同震响应特征分析

基于中国大陆地下流体台网井水温度数字化观测数据,本文对比分析了2008年5月12日汶川8.0级地震与2004年12月26日印度尼西亚苏门答腊8.7级地震引起的水温同震响应特征。结果表明,地震能引起井水温度发生同震响应,而井水温度同震响应特征可能主要与井孔本身的水文地质条件和区域构造环境有关。同时,根据水位同震响应资料和前人的研究结果,本文对水温同震响应的机理进行了探讨,认为在地震波动力加载作用下,井-含水层系统原有状态发生改变,很多因素可以引起井水温度发生变化,例如井孔垂直方向上因对流和水动力弥散引起的温度变化、井-含水层系统水平方向上水流状态改变引起的温度变化、井孔水由于气泡脱逸引起的温度变化、井孔水与井壁及水温探头摩擦引起的温度变化等,因而,合理考虑以上因素,才能有效分析井水温度同震响应的机理。     

由井-含水层系统对地震波的响应估计BK_u系数

由地震波引起的地下水位振荡和持久性变化特征被广泛探讨,然而水位对S和Love波的响应及敞口自流井井孔储积效应的校正未得到定量化研究。以理想孔隙弹性介质线性孔隙弹性理论为基础,探究了井-含水层系统孔隙压力变化与体应变和偏应变之间的数学表达式,通过对2011年3月11日日本Mw9. 0地震引起的北京昌平地震台地下水观测井实测水位变化与曲线拟合得到的计算值对比,肯定了孔隙压力的影响因素并求解岩石线弹性系数BKu。与潮汐分析方法对比,验证了由地震方法推算的岩石弹性特性代表实际的含水层特征。此外相关系数结果表明水位振荡同时受到体应力和偏应力的共同影响。     

井孔水位的微动态特征综述

我国的地震水文地质界,多年来在以地震预报为目的的井孔水位动态的观测与研究中,特别注意井孔水位的微动态特征。井孔水位的微动态,一般指井孔中地下水位的微量变化,其水位变幅常以毫米为单位。这种动态一般来说,和传统水文地质学所关心的含水层水量的增减引起的宏观动态有所不同,是和地壳中的应力状态的变化有关,只是含水层中的孔隙水压力的变化所致的。形成井孔水位的微动态的因素很多,     

汶川地震近区深层井孔-含水层系统水位异常响应研究

本文探析了汶川地震近区深层井孔-含水层系统在不受水量交换的影响下地下水位的动态变化特征。结果表明,大地震的发生往往能够引起较大范围内深层井孔-含水层系统地下水位明显的异常变化,地震引起的地下水位异常变化特征比较复杂,具有异常形态变化多样,变化幅度不等,变化空间分布不均一,时间分布多阶段以及随时空分布迁移等特点。同时,认为引起汶川地震震时和震后井孔-含水层系统水位异常的机理主要有两个:地震发生时映秀—北川断裂两侧岩体发生错动,引起沿岩体破裂方向(NE)断层附近含水层的地下水位发生显著的突变现象;地震波的传播作用引起云南一带地下水位发生振荡现象。     

水文地质井水位潮汐效应分析方法研究

对横县02号井水位和气压近9个月的观测数据采用小波变换进行长趋势变化和短周期变化的分离,然后利用Clark气压估计方法和固体潮估计方法,对其气压效应和固体潮效应进行深入探讨,分析该井水位微动态信息特征。主要结论如下:(1)井孔具有较高灵敏度,能够观测到井水位的微动态变化。(2)该井气压效率为14.898mm/hPa、固体潮影响系数为-0.1511mm/μGal。本研究计算处理方法对井水位、气压观测数据的长趋势变化和短周期变化的分离效果明显,而且与单纯采用Clark方法相比,可以将气压和固体潮影响系数计算精度提高10%左右,在实际操作性上优于传统回归分析方法。     

地下水位对近震和远震异常响应的比较——以汶川地震和苏门答腊地震为例

地震引起的深层地下水位异常具有多样性和复杂性的特点。为了进一步探索深层地下水位动态与地震作用过程之间的联系机制,发挥深层地下水位对地震活动的指示作用,以2008年汶川Ms8.0地震和2007年苏门答腊Ms8.5地震为研究背景,对川、滇、陕、甘、渝地区井水位对两次地震的响应特征进行了比较。研究发现:地下水位远震响应形态主要以振荡型和阶变型为主,异常出现的时间较晚;地下水位近震响应形态比较复杂,以阶变型、脉冲型以及振荡型为主,异常出现的时间几乎与地震的发生同步。根据深层地下水位对地壳应力的响应机理,分析了各典型井水位对远震和近震不同响应的原因。结果表明:地下水位对远震的响应主要是由于含水层介质受到地震波应力的作用;对近震异常响应原因比较复杂,主要是含水层介质受到区域构造应力和地震波应力的共同作用的结果,震中距越小,含水层受到震源构造应力场的控制作用越大。     

北票渗滤取水工程井水位、水温动态特征

为研究渗流井取水条件下井水位和水温的动态变化特征,采用Mini-Diver小型地下水自动监测仪对北票渗滤取水工程抽水井进行超过一个水文年的长期观测,通过25 min一次的监测结果分析井水位和温度长期和短期的变化特征。结果表明:(1)井水位一个水文年内变化具有双峰特征,第一个峰值由融雪水补给引起,第二次水位峰值由降水引起,井水位最大变化幅度为6 m左右。(2)井水温呈单峰特征,最高为16.81℃,最低为8.56℃,温度最大变化幅度为8.25℃。井水温高点滞后气温高点4个月,揭示地下水补给具有较大的面积和缓慢的径流过程。(3)井水水位和水温的长周期变化受气温、融雪水补给、大气降水补给影响,不受取水抽水的影响。长期水位的长期变化特征可以用来分析含水层的淤塞特征。(4)井水位和水温日变化主要受抽水影响,水位变化在0.4～0.7 m范围内,水温变化在0.2℃～0.4℃范围内,水位和温度具有相同变化特征,但温度变化滞后30～60 min。     

远场大震同震水位振荡、水温下降类型机理初步研究

在2004年12月26日印尼苏门答腊M_s8．7级地震同震水位、水温变化类型的对比分类中,发现出相当具有规律性的一类变化类型：在某些观测井当水位出现振荡(水震波)的时候,同井水温绝大多数会有个几十分钟到数小时的从下降到恢复的过程。为此笔者又收集了其中的典型变化观测井,北京良乡井和河北唐山矿井2001年数字化以来30多次不同远场大震水位、水温的同震响应资料,发现无一例外都具有相同的规律性。在此基础上,笔者提出了对于同震水位振荡,温度下降的气体脱逸模式,并对气体脱逸的两种途径进行了动力学的分析。     

页面物理模型模拟实验方法

在地震勘探物理模型实验中,采用页面物理模型模拟实验技术,可以降低物理模型的制作成本,缩短实验周期。采取加工与观测同步进行的方法,可以分解复杂构造模型的地震波场,有利于研究各类震波在模型中的传播问题。笔者介绍了页面模型的制作和观测技术,讨论了页面模型上波的分布特点,描述了典型构造模型的地震波场。可以发现,页面物理模型的制作和观测简单,制作周期短,成本低;在得到的地震波场图上,各类震波的运动特征明显而清晰;它不仅可以模拟各种简单的地质构造,在开展复杂构造的三维地震勘探物理模型实验时,有利于各类震波的识别与分析。     

气压对观测井水位的影响及校正方法

地下水监测能为有效管理地下水资源提供重要信息。大气压力对观测井水位有着重要影响,正确地分析这种影响可以有效判别地下水的流向,判断含水层的性质、识别井筒存储效应（well bore storage effects）和井薄壁效应(well skin effects), 计算包气带中空气的扩散度等。随着现代化监测仪器的推广使用,高质量的监测数据为分析气压对观测井水位的影响提供了基础和保障。系统分析了不同类型含水层中井水位对大气压力的响应模式,并对校正气压对水位影响的方法进行了分析和讨论。最后,以北京平原区两口监测井为例,运用多元回归反卷积方法分析了气压对井水位的影响,并对井水位进行校正。结果表明该方法能有效地分析和校正观测井水位中的气压影响。     

降雨量对深井静水位的影响机制分析——以鹤壁井观测数据为例

我国地震地下水动态观测井水位动态直接受降雨干扰,影响地震前兆信息识别。文章以鹤壁观测井为例,基于2014-2019年鹤壁井静水位观测数据及当地降雨量资料,对鹤壁井静水位主要影响因素及机制进行研究,结果可知:鹤壁观测井的水位相对较浅,静水位受降雨因素影响尤为明显,静水位与降雨量有很强的相关性,变化特性与Gauss-Seidel迭代法一致。在降雨因素对于静水位的影响大于其他因素影响时,影响系数in作为未知项,根据in和以前的降雨量数据,我们可逆推未来一段时间的水位数据,对评估水位观测井的观测效能及数据异常核实等工作具有指导意义。     

汶川地震深层地下水位临震异常

针对短临地震预报难尤其是临震预报难问题,以2008年汶川地震为背景,对受地震影响严重的川、滇、陕、甘、渝5个省市区域内的深层地下水位进行了分析,发现在龙门山断裂带所在的四川省及其NE方向的甘肃省区域,共有7口井水位表现为明显的临震异常,异常形态包括振荡型、脉冲型和阶升型。利用小波变换方法对振荡型及脉冲型异常进行分析,结果表明:临夏、古浪横梁和清水等井水位信号中存在着周期为2～8 min,振幅为5～59 mm的前驱波波形,这是由于震源体慢破裂过程中发出的地震波造成的。阶升型异常幅度较大,分别为129.4 cm和340.8 cm,从震前几分钟一直持续到震后,未恢复到震前状态;表明引起震时地下水剧烈变化的动力作用在震前已经开始,震时变化只是在此基础上进一步发展与加剧。     

莆田六中浅水井水位映震能力分析

十几年的观测实践表明,虽然莆田六中的浅水井不能像深水井那样记录到固体潮和水震波,但是由于它位于地质构造的特殊部位,处在若干条大小断裂带的交汇处或其邻近地区,也必为地应力变化聚合的“敏感部位”。我们通过对该井水位变化的资料进行了分析研究,去伪存真,获取到了井水位震前异常变化的震兆信息,并成功地进行了闽台地区的地震预报的尝试,这说明该井水位的异常变化对闽台地区的地震具有一定的映震能力,本文将对其进行浅析和探讨。     

福州华林2号井水温动态成因分析

福州华林2号井水温具有与正常水温动态基本类型所不同的夏高冬低的动态特征,通过对该井水温变化的机理、动态成因以及与相邻的华林1号井水位的对比分析,发现水温的动态变化与水位的动态变化基本一致,认为该井水温变化幅度大的动态特征,主要是由于受周边温泉季节性开采干扰而引起的。     

浅谈声波、地震波速差异及波速资料应用原则

声波、地震波同属弹性波范畴,但经验证明:同一位置的岩体,其声、震波速测试值并不相同,一般情况下,前者比后者高约5-20%,这对于岩土质量定性评价或许影响不大,但对岩土质量定量评价将产生较大影响。所以弄清楚引起声、震波速差     

基于振动台实验的典型滑坡单元体震动滑移特征发现

针对典型滑坡滑动单元在地震过程中的滑移特征,制作了典型振动台物理模型,通过输入不同频率、峰值和持时的正弦地震波,开展了一系列的实验研究工作,得了一些比较有意义的新成果:（1）在输入地震波强度足够大时会出现瞬时沿滑带向上的滑移行为,存在向上和向下两个滑移屈服加速度;（2）在研究分析中,不可以坡底输入的地震加速度值而应以滑带处局部加速度值作为判别滑移与否和滑移量大小的计算数据;（3）滑体沿滑带产生的永久滑移总量随地震波持时增加呈阶梯波状增长;（4）不同时刻任一周期的振动滑移特征相对独立,且每一地震波周期时间内具有几乎相同的周期性滑移特征,总体滑移量是无数周期内滑移量的累加;（5）在每一地震波周期时间内,滑体向上和向下的滑移特征受控于相应向上和向下屈服加速度,其向上和向下滑移矢量和构成每一周期时间内的永久位移。     

三维地下水流中常规观测孔水位的形成机理及确定方法

对地下水三维流中常规观测孔中水位的传统计算方法提出质疑, 认为计算观测孔中水位的Hantush Бочевер方程是缺乏物理基础的纯数学方法.分析了形成观测孔中水位的机理, 提出三维地下水流中常规观测孔中只是孔口的流量为零, 而孔内却存在"抽水"和"注水"的井孔; 多层井(multilayerwell) 不一定要求"多层"的条件, 在均质单一含水层中的井孔可以具有多层井的基本特征; 混合井孔的水位并不"混合", 混合观测孔中存在符合机理的水头分布和流量分布规律等观点.普遍而言, 三维流中的观测孔不能用通常所说的线汇/线源刻画, 也不能用近几年提出的孔内为层流(线性流) 的假定来研究该问题, 然而可用笔者于1993年提出的"渗流-管流耦合模型"和"等效渗透系数"方便、有效地模拟.就说明性算例而言, Hantush Бочевер方程只能近似用于孔径大于0.2m且径距大于10~20m的条件.      

VTI介质井间地震高斯束正演数值模拟

为了研究垂直横向各向同性(VTI)介质井间地震中,地震波的传播方向及波场特征,采用高斯束方法对复杂构造进行波场正演模拟。分析VTI介质中地震波的群相关系,并提出群相数据库思想来解决地震波在VTI介质中传播的方向和速度问题,改善了波场正演模拟的算法。同时高斯束正演方法不仅能够解决复杂构造的盲区问题,且其动力学特征更能反映各向异性介质对地震波传播的影响。较VTI介质频率-空间域弹性波正演模拟方法,正演结果一致且计算效率高,能有效分辨地震波场特征,为地震数据的处理与解释提供了借鉴。