基于汶川地震同震地下水位变化反演含水层体应变

许多地下流体监测井在地震发生时都能记录到同震水位变化,而利用地下水位的同震响应特征以及水位固体潮效应可以反演地震对含水层产生的体应变量．本文尝试从大尺度上对大地震引起的体应变变化进行研究,为此收集了位于我国大陆不同构造活动区5口地下流体监测井两年半的水位数据资料进行分析,去除干扰项,提取出水位固体潮成分,进行调和分析求取潮汐因子,并反演出汶川MS8.0地震对这5口井所在含水层产生的体应变量．结果显示,汶川大地震对这5口井 含水层造成的体应变量基本在10-7量级. 地震引起的体应变随距离的衰减规律比较复杂,其不仅与震中距有关,而且与活动断裂带的展布和地壳岩体结构等密切相关．      

利用福建井水位同震变化反演井-含水层体应变及其意义探讨

在对福建地区井水位固体潮M2波海潮负荷改正的基础上,尝试反演汶川MS8.0、日本MW9.0地震对福建地块的井-含水层系统产生的体应变变化。为此收集了汶川、日本大地震时该地区的地下井水位资料,挑选出同震响应明显的井水位资料,计算出各井孔的井水位潮汐因子,从而反演出福建地块井-含水层系统受到的同震体应变变化。结果表明,地震对各井孔所处的含水层造成的体应变基本在10-8量级上,而2次地震对永春井产生的体应变均为10-7量级。     

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。     

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。     

中国大陆井水位观测网对甘肃岷县漳县6.6级地震同震响应特征分析

基于全国地下流体前兆台网数据库的统计,本文了整理中国大陆井水位观测网中对甘肃岷县漳县6.6级地震水位同震响应的台站特征.分析结果是：（1）岷县漳县6.6级地震烈度Ⅵ度区的1.5倍的范围内主要由静态应变引起的水位同震变化仅有一个台站,水位同震阶升幅度仅1.5 cm,静态应变触发地震的可能性不大;（2）震中距大于1 000 km的远震响应均为水位阶升,但是其同震变化幅度小于0.3 cm,为含水层被压缩引起;（3）该地震引起的水位同震变化的观测井较少,分布范围大,整体上以水位同震阶升占据主体,其分布主要在静态应力变化引起的范围之外,并且与构造带的对应关系无规律可循,此次地震静态应变范围内的应力应该已经得到释放.     

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.     

2013年芦山MS7.0地震和2008年汶川MS8.0地震井水位同震变化的比较分析

以芦山、汶川地震震中为中心,选择了8个井点,对2个地震引起的井水位同震变化进行了比较,重点分析了3口同震变化反向的井点,即重庆的荣昌华江井、北碚柳荫井和四川的泸沽湖井。为使对比研究结果可靠,进一步收集了2011年3月11日日本9.0级地震、2012年4月11日苏门答腊北部海域8.6级地震引起的井水位同震变化资料。对汶川、芦山地震引起的同震体应变的计算结果显示：汶川地震时,荣昌华江井、北碚柳荫井和泸沽湖井水位同震变化与井点位置处的同震体应变一致,即位于同震体应变压缩区的井水位上升,位于体应变膨胀区的井水位下降;芦山地震时,3口井的水位同震变化与同震体应变不一致,表现出与日本、苏门答腊地震时相似的同震变化特征。     

湖南省数字化井水位对尼泊尔M 8.1地震的同震响应特征分析

通过分析湖南省数字化井水位对尼泊尔M 8.1地震的同震响应特征,我们发现,同一地震在不同观测井中引起的同震响应特征各不相同.湖南省井水位的同震响应形态以水震波为主,而且对于波动伴随阶变的同震响应类型,总是先记录到水震波然后才产生阶变.认为,同震响应形态的差异性以及初动响应时间的快慢可能与仪器、井况、井孔的构造环境以及水文地质条件等因素有关.湖南省水位观测井对远场大震的远场效应反映较灵敏,能反映区域应力场变化引起的含水层应力应变的变化.     

云南地区水位、水温对尼泊尔Ms8.1地震的响应特征研究

通过统计2015年4月25日尼泊尔MS8.1地震和5月12日MS7.5余震发生时云南地区水位、水温的空间分布、异常形态、变化幅度、起始和结束时间等远场响应特征,分析认为:同震响应主要集中在川滇菱形块体东南部、滇缅弧形块体东部和小滇西一带,即云南地区中西部;同井观测的水位、水温同震响应异常形态多样,单井同测项的同震响应异常形态具有一致性,与地震震级、震中距、方位无关;观测井的记震能力与观测仪器的分辨率、井孔含水层条件等有关,同震响应的异常幅度(ΔH、ΔT)与震级(M)、震中距(D)之间有一定的数量关系;近来云南区域地震活动整体呈现"平静—活动—平静"特征,小震活动有丛集特点,未来一段时间需注意滇西—滇西北和滇西南地区中强地震的危险性。     

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。     

2021年漾濞MS6.4地震在云南地区流体测项的同震变化

1 研究背景 同震变化和震后效应来自震源区域发生的物理或化学变化,可为震后趋势研判提供重要的科学依据.杨竹转等(2005,2008,2014)研究发现,云南思茅大寨井水位同震阶变与地震之间存在一定的定量关系;2008年汶川MS 8.0地震在中国大陆地区引起的水位、水温同震变化特征机理较复杂;在2013年芦山地震中,重庆的荣昌华江井、北碚柳荫井和四川的泸沽湖井的水位同震变化与同震体应变不一致,表现出与日本、苏门答腊地震时相似的同震变化特征.因此,有必要深入研究不同区域构造不同地震的同震变化.基于此,本文就2021年5月21日漾濞MS 6.4地震在云南地区流体测项的同震变化进行初步研究.     

汶川8.0级地震及其强余震引起的唐山井水位同震响应特征分析

统计了汶川8.0级地震及其强余震引起的唐山井水位同震变化的幅度参数（最大振幅、阶变量）和时间参数（最大振幅时刻,同震持续时间）,以及邻近的陡河台记录的地震波的体波和面波的到时．计算分析了同震参数与震级（ML,MS和MW三种震级）、井-震距、震源深度的相关方程及同震参数间的相关关系．结果表明,同震变化量与MS震级的相关性最好,与震源深度和井-震距相关性较弱;同震最大幅度与同震阶变量、同震持续时间相关性很高,水位同震振荡和阶变均来自地震波引起的动应变;水位同震振荡的最大振幅发生在S波至瑞利波时段,水位同震响应是地震波与水文地质环境等多种因素共同作用的结果．      

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。     

山东省井水位对几次大地震同震响应的比较分析

采用多井对多震的方式,选取山东省地下流体观测井网中同震响应较好的6口观测井作为研究对象,分别从水位变化形态和幅度对比分析2011年日本M_W9.0地震、2012年苏门答腊M_W8.6地震和2015年尼泊尔M_W7.8地震引起的井水位变化特征,探讨引起该变化的可能机理。研究结果显示:水位同震变化形态以振荡为主;通过定量分析认为聊古一井井水位的阶升是由含水层渗透系数增大所致;位于同一断裂带上的聊古一井和鲁27井井水位在同一地震中所表现的变化形态不同,可能与两个观测井所处的地质构造条件和地震活动背景不同有关;区域应力场的变化会影响栖霞鲁07井的水位同震变化形态;水位同震变化幅度与震级、井震距存在一定关系,同时也取决于含水层水文地质条件的变化量。      

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。     

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。     

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.      

地下水位固体潮响应的地震异常

本文从理论上讨论了承压井水位与含水层固体潮体应变的关系以及在非线性失稳状态井水位对固体潮响应的变化,重点讨论了其响应率与响应比的变化。对水位观测资料的计算分析表明,震前响应率有一些变化,响应比有一个背景值1,与理论是一致的,而且震前也存在一些变化,说明水位固体潮响应可以反映含水层岩石参数的变化。     

2021年玛多MS7.4和2022年门源MS6.9地震引起的山东井水位同震响应特征分析

2021年5月22日青海玛多M_S7.4地震和2022年1月8日青海门源M_S6.9地震引起栖霞鲁07井、枣庄鲁15井和菏泽鲁27井水位不同程度的同震响应。基于秒数据,对比分析3口井水位同震变化形态、幅度与分钟值记录的差异,并从含水层渗透性变化、地震能量密度等方面进行同震响应机理探讨。结果表明,井水位秒数据能够更加完整地记录水震波信息,更加精确展现水位同震变化形态、幅度;井水位对于远场大震的震荡形态主要受含水层水文地质条件的影响。在正常应力背景下,远场大震引起枣庄鲁15井水位同震响应的地震能量密度阈值大约是1.54×10^-4 J·m^-3。     

山西水位观测井对远场大震记震能力及震时应力变化量分析

以2007年以来山西水网水位记录到的全球7.0级以上地震的同震响应为基础,结合山西井点的水文地质与构造环境特征,分析井水位对7.0级以上地震的记震能力及同震响应特征。根据4次典型远场大震震时的井水位变化量分析其受力状态,结果表明,山西省内漫水井与孝义井震时应力响应较为敏感,且响应与不同水文地质条件及含水层特征有关。