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。     

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。     

基于含水层体应变反演的天津地区井水位同震响应特征分析

以汶川MS8.0地震、日本MW9.0地震和尼泊尔MS8.1地震为例,统计了天津地区7口井水位的同震响应特征。在此基础上,利用水位反演含水层体应变的方法,反演出天津地区井含水层的同震响应体应变变化量。结果表明,利用水位同震变化量反演出的含水层体应变,能够较为真实地反映出井孔所在位置的应变变化情况。     

相邻两井对大地震的不同水力响应模型研究——页岩影响分析

大地震引起了左家庄和宝坻(相距～50km)两井中截然不同的同震水位响应.我们用水位的气压和潮汐响应来分析解释此现象.结果表明,宝坻井的观测含水层中存在页岩,且此井受裂隙影响很大,储水效应较差.页岩的复杂裂隙或者各向异性可能会导致此井观测含水层处于半封闭状态,从而导致垂直向排水的发生.通过多方计算分析后,我们将这两口井划分为两种模型—1.水平流动模型;2.水平流动+垂直流动的混合流动模型.由于裂隙影响,宝坻井的观测含水层介质与外界的水力沟通性在震前就较强(震前渗透率就比较大),所以宝坻井观测含水层与外界的孔隙压差异较小,导致同震渗透率上升较小甚至没有变化,这些因素是导致该井同震水位变化幅度总是非常微小的原因.     

云南会泽井水位对2014年鲁甸MS6.5地震同震响应过程模拟

为定量刻画地壳应力-应变改变、含水层孔压扰动及井孔水位变化之间的耦合过程,促进对近场地震水位同震响应机制的理解,利用多场耦合数值模拟方法,获得鲁甸地区（200×200）km²范围内,2014年鲁甸M_S6.5地震造成的同震静态应变场分布、孔压演化规律及会泽井水位响应曲线,并以渗透系数、杨氏模量及孔隙度为变量,设计6组不同模拟情景对影响研究区孔压演化的参数进行分析。结果表明：（1）鲁甸地震造成的同震静态应变场沿断层两侧呈四象限分布,应变场极值点分布在断层北段两侧,远离断层体应变数值逐渐减小;（2）地震造成研究区含水层孔压扰动在50 d内恢复至震前稳定值,孔压的扩散时间受渗透系数及杨氏模量的影响;（3）模拟所得会泽井水位受地震影响瞬时上升0.45 m,并在震后50 d内恢复至震前水位,水位变化趋势为阶升之后缓慢恢复,模拟水位与实测水位变化趋势相近。     

云南普洱大寨井水位同震响应研究及预测意义

通过研究1990—2019年云南普洱大寨井水位的同震响应特征,分析井水位响应特征的变化与后续中强地震的关系,并探讨含水层渗透性对区域构造活动的影响。结果显示:当同震响应幅度偏离统计关系时,井孔周边区域后续地震活动有所增强;固体潮相位差由负值变为正值,表明观测井孔含水层渗透性参数发生改变,这与区域地震活动的变化可能存在一定的相关性。分析认为,井水位同震响应和含水层渗透性参数变化可作为探索区域构造和地震活动的参考指标。     

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.      

新疆北天山地区井水位同震响应特征分析研究

通过整理新疆北天山地区的水位观测资料,分析了2011年后发生在北天山地区的4次近场6级地震所引起的水位同震响应特征。结果显示,井孔对于近场地震的同震响应主要表现为振荡—阶变复合型、阶变型,同一地震对于不同的井孔可能呈现出不同的响应特征,同一井孔对于不同的近场地震也可能具有不同映震效果,水位对近场地震的同震响应并无固定的响应特征,而是受到多重因素的控制作用,而震后效应的各不一致,则显示出不同地震对于各个井孔附近区域应力场调整的能力。     

湖南长沙井动水位对远大地震的同震响应特征分析

通过分析长沙井数字化水位对国内外大震的同震响应特征,我们发现:长沙井水位对不同地震表现出不同的同震响应形态,一般以振荡型为主,有时候表现为阶变型和脉冲型,表明单口井对多个地震的同震响应形式并不相同.我们认为,同一井孔在不同地震中表现出复杂的同震响应现象可能是受本地区局部应力状态发生改变的影响,也可能是由于一些大震之后井-含水层系统的水动力条件与含水层参数发生变化所引起.     

2019年长宁M6.0和2018年兴文M5.7地震引起的井水位同震响应对比分析

2019年长宁M6.0地震和2018年兴文M5.7地震引起了华蓥山断裂及其附近区域8口观测井水位不同程度的响应变化。 本文对比分析各观测井水位的同震响应特征, 从地震波能量密度、 同震破裂体应变、 含水层渗透性参数变化以及断裂带控制作用几个方面探讨了其同震响应机理。 结果显示, 井水位同震响应的幅度与地震波能量密度有一定关系; 2019年长宁M6.0地震引起的井水位同震响应形态符合同震破裂体应变四象限空间分布特征, 但2018年兴文M5.7地震则不符合; 两次地震引起的含水层渗透性参数变化存在空间上的不一致性和单点各向异性, 并且断裂带自身的水文条件对井水位同震响应形态和幅度有一定的控制作用。 综合分析认为, 目前已有的几种机理无法完全解释两次地震引起的井水位同震响应现象。     

福建永春桃东井水位同震响应特征及记震能力分析

利用福建永春桃东观测井2004—2013年的数字化水位资料,分析该井的同震响应变化特征,同时结合该区的降雨及地震活动性资料,分析该井的水位变化动态和井孔水位的记震能力变化得到以下主要结论:永春桃东井水位的同震响应特征主要表现为震荡型、震荡-上升型和阶升型,且以震荡型为主;井水位同震变化幅度主要随震级增大而增大,随井震距增大而减小,三者之间呈现出良好的相关性;在2006—2007年该井水位呈现出高值现象,可能反映了该区域构造应力活动在该时段增强的迹象,具有一定的前兆性质;该井水位记震能力在2007年8月29日永春4.6级地震前后存在一个明显的变化,记震能力显著增强。震源机制解表明,该井在震时处于压应力范围区内,震后可能随着井区所在范围压应力的减弱,张应力的增强,井-含水层系统导水能力增强,从而使得含水层对地震波响应能力增强。     

无极井水位同震效应特征浅析

地下流体观测中水位同震效应是地震波作用于井-含水层系统最直接的体现,开展水位同震响应特征与响应机理的研究,能较好地解释地下水动态与含水层受力之间的相互关系。本文以无极井为例,通过选取2016年无极井水位同震效应资料,对井水位同震效应的形态类型及其特征进行了初步分析。     

湖南省地下流体井水位对远场大震的同震响应特征分析

通过分析湖南省地下流体观测井水位对远场大震的同震响应特征,可以得出以下结论,振荡型为湖南省井水位的主要同震响应形态,其次为阶变型和脉冲型.此外,多个观测井在同一次地震中记录到的同震响应以及多个地震在同一观测井中引起的同震响应特征均不相同.分析认为,前者可能与井况、所用仪器、构造环境、水文地质条件等因素有关,后者一方面是因为本区域的局部应力状态已经发生了改变,另一方面也可能是由于地震之后井孔含水层系统的含水层有关参数和水动力条件发生了改变所致.     

黄骅井水位对苏门答腊5次地震的同震响应初步研究

利用ARX模型分析了河北省黄骅井水位对气压和固体潮的响应特征,并利用该模型消除气压和固体潮对该井水位的影响,准确地提取了5次苏门答腊大震引起的同震水位变化异常.分析了该井水位对这5次地震的同震响应模式与震级和震源机制解的关系,初步探讨了引起该井水位同震变化复杂性的可能原因.认为,即使发生在同一地区,震源机制解基本相同的地震也会引起远距离同一井水位不同的响应特征,其响应幅度与发震震级有关,响应方式可能与井孔所处地区的局部应力应变状态或井-含水层系统的结构变化有关.     

基于地下水位观测的震后孔隙回弹：以2000年冰岛地震为例

以2000年两次M_W 6.5冰岛地震为例，利用近场地下水位的同震响应和震后响应约束孔隙模型参数，分析了孔隙回弹效应造成的地表变形大小和时间演化过程。首先利用数值模拟方法获得地震造成的孔隙压力变化和测井水位响应的时间序列，并以测井水位的同震阶跃幅值和震后水位恢复速率分别约束孔隙模型中的Skempton系数和扩散系数；然后基于孔隙弹性模型使用最优孔隙参数模拟震后孔隙回弹效应引起的地壳变形。结果显示：孔隙压力的同震响应控制着孔隙回弹引起的地壳变形，其变形速率与流体扩散系数呈正相关关系；孔隙回弹造成的变形以垂直向为主，且随时间快速衰减。因此，利用近场地下水位的同震响应和震后响应可以约束孔隙模型参数，为获取震后孔隙回弹机制所致的地壳变形提供依据。     

夏垫断裂带地震地下流体的同震响应研究

地震地下流体已成为一种重要的地震监测手段。 本文分析夏垫断裂带上观测井的同震响应特征, 探讨观测井水位、 水温同震变化对夏垫断裂带的影响机理, 收集和整理布设在夏垫断裂带上的赵各庄井和西集井两口观测井水位和水温同震响应资料, 从响应的地震次数及发震位置、 异常幅度、 时间和形态类型等方面对其响应特征进行分析, 从震中距、 震级和井-含水层岩性等方面探讨了地下流体地震前兆异常的成因。 结果显示, 赵各庄井和西集井水位地震响应能力强于水温, 响应形态以振荡型为主, 对于M_S7.0以上地震具有显著的映震能力。 在水温资料中, 仅有赵各庄井对2008年汶川M_S8.0地震有响应, 响应幅度为0.0129℃。 综合分析认为, 井-含水层岩性影响了两井同震响应形态特征, 远场大地震产生的动态应变导致了较大的水位变幅。     

重庆荣昌井水温同震-震后响应特征及机理研究

利用位于华蓥山断裂带的重庆荣昌井水温数字化分钟值观测资料,统计分析了该井水温对2008年1月—2021年9月全球M_S≥7.0、川滇地区M_S≥6.0、重庆及周边地区M_S≥4.0共273次地震的同震-震后响应动态特征,对井水温同震优势方向成因和机理进行了深入研究,获得以下认识:①荣昌井水温同震-震后响应能力较好,对近震和远震均可记录到;该井水温同震响应由深及浅的顺序发生,响应持续时间随观测深度的增加而增加,响应幅度随观测深度的增加而减小,且该井水温同震-震后响应持续时间较同井水位的长;②自观测以来,荣昌井多层水温同震响应方向均为上升,说明单个井水温对不同地震的同震响应存在优势响应方向,水温的同震特征更依赖于井孔自身观测条件的影响;荣昌井水温同震响应优势方向上升可能是地震波的扰动造成井下深部气体释放,并沿裂隙上升进入井含水层系统而引起;③荣昌井水位-水温对中、远场地震的同震为同向上升正相关关系或振荡—上升,对近场地震的同震为水位下降—水温上升的反相关关系,可能是近场地震和中、远场地震引起的水位同震响应变化机制不一致所致;引起荣昌井水温同震变化的地震波能量密度e(r)＞10^-5J/m³,而引起荣昌井水温和水位同震反向变化的地震波能量密度e(r)＞1J/m³。     

河北省数字水位对尼泊尔M_S8.1地震的同震响应特征研究

收集整理了河北省地下流体观测井网对尼泊尔MS8.1地震有响应的数字水位资料,分析其同震响应特征,探讨响应机理。结果显示,17个水位测项中10个有同震响应;水位同震响应形态类型有三种:振荡型、振荡-阶变型、脉冲型;含水层岩性为灰岩和安山玢岩的井孔,其水震波的振荡幅度较大;对于振荡-阶变型同震响应形态的井孔水位总是先记录到振荡,然后才是阶变;各井孔水位对尼泊尔地震的响应时间快慢有很大差距,这主要是由各观测井仪器的时间服务系统走时差不等造成的;数字水位的振荡幅度上下不对称,可能是因为仪器的采样率低引起的。井孔水位同震响应后效残留阶升意味着压应力的增强及地震危险性的增加;未记录到地震的观测井可能与井孔结构及所处的构造部位有关。     

江苏流体井网水位对青海玛多7.4级地震同震响应特征差异及原因分析

本文收集整理江苏流体井网对青海玛多7.4级地震同震响应水位资料、各流体井基本参数资料和井周边构造资料,分析同震响应特征和特征差异,探讨差异原因。资料显示,27口观测井中17口井水位出现同震响应;响应类型分振荡型和阶跃型两类。对于不同观测井,震级与震中距不是影响同震响应幅度的主要因素,井孔位置是否位于断裂带上或者断裂带附近,井含水层系统固有振动周期和振动阻尼系数都对同震响应幅度有重要影响。人工授时导致的误差和观测设备低采样率是导致部分井同震响应起始时间差异的主要原因,低采样率也导致同一口观测井同震响应时上下振幅大小不对应。     

深井水文谱及井-含水系统响应能力研究

深井地下水位动态受气压、固体潮、地震波、降雨荷载等因素的影响。这些因素各具有不同的频率分布和振幅。井－含水系统对这些激励有着或强或弱的响应，存在明显的频率依赖、频率选择现象。目前，对井－含水系统的响应研究大多侧重于对深井水位动态的分析，求得井－含水系统的弹性常数及水文地质参数，并从井－含水系统的弹性性质、含水层孔隙度和系统排水系统研究水位对潮汐和气压的响应（Ｂｒｅｄｅｈｏｅｆｔ，１９６７；Ｒｏｊｓ