华东地区钻孔体应变对飑线天气过程响应的特征与机制

2018年3月4日华东地区爆发了一次强飑线天气过程,为揭示过境区域钻孔体应变对该飑线生命史期间的响应特征与机制,本文结合多普勒天气雷达和地面气象站数据,系统分析了南昌、黄山、湖州和岱山等4个钻孔体应变台的观测记录。结果表明：(1)飑线过境时的气压突变是引起体应变显著变化的主因,由此引起最大的体应变量为16.2×10^-9;(2)气压涌升幅度与体应变的弹性压缩量具有较好的线性关系,两者变化的周期较一致,为26～74 min,而气压影响系数高达5.0×10^-9/hPa;(3)各台对飑线的响应能力较好,而且在时间、空间和强度上,体应变变化能较好地呈现飑线的演变过程和传播特征。以上结果,不仅有助于科学识别飑线所引起单台或多台体应变异常变化的物理本质;还能为短周期气压效应的改正模型提供实证依据。     

台风“利奇马”对钻孔体应变的扰动分析——以浙江地区为例

利用台风“利奇马”过境浙江期间,岱山地震台、东阳地震台钻孔体应变数据,采用数据滤波和线性回归等方法,分析了这2个台站钻孔体应变对台风的响应特征。结果表明,东阳地震台受台风引起的低气压的影响,钻孔体应变与气压同步变化;而岱山地震台受低气压和降水的共同影响,钻孔体应变与气压在变化的相关性和同步性上均有差异。气压和降水导致钻孔体应变的变化量可以通过负载力学模型进行估算求解。     

青岛地震台2020年5月—2021年5月体应变趋势异常分析

2020年5月至2021年5月,青岛地震台体应变观测数据年漂移量明显小于往年同期变化,基于周边监测环境、同场地其他观测手段、气象因素、其他台站测项数据、青岛GPS观测站数据、潮汐因子和超限率等进行分析,结果发现：(1)台站附近小学建设地下车库进行基坑开挖,有可能对体应变观测造成影响;(2)体应变异常为地下应变的真实反映;(3)体应变年漂移量减小非气象因素所致,且非区域性变化;(4)经小波分析,表明钻孔体应变数据变化趋势正常。采用midas GTS软件,基于有限元模型,模拟计算基坑开挖对体应变的影响量,结果显示,体应变仪探头处体应变变化量约为-1.7×10^-5,而实际漂移量差值约为-0.53×10^-5,二者量级一致,仅数值稍有差别。综合判定认为,青岛地震台体应变年漂移量变小与台站附近地下车库的基坑开挖有关。     

基于钻孔应变观测约束的2016年新疆呼图壁M6.2地震的发震断层研究

利用北天山地区的钻孔应变观测资料,分析2016年呼图壁M6.2地震同震应变阶跃的张、压性特征。结合余震精定位方法等给出的震源参数,基于弹性位错理论,模拟不同震源参数下的同震应变阶跃的张、压性特征。通过对钻孔应变张、压性的模拟值与实测值进行对比分析,研究呼图壁M6.2地震的发震断层。结果表明:(1)震中附近4个四分量钻孔应变台站数据自检性能较好,且多记录到明显的同震应变阶跃,其中,呼图壁、石场、巴伦台应变阶跃较为明显,张、压性变化最大值分别达2.5×10^-8和-3.4×10^-8;(2)在地震震源参数为293°/64°/90°(走向/倾角/滑动角)、发震断层面倾向北时,钻孔应变张、压性的模拟值与实测值最为吻合,呼图壁M6.2地震的发震断层极有可能为一条倾向北的高角度逆冲型盲断层。本文结果为认识呼图壁M6.2地震的发震构造提供重要力学依据。     

不同周期气压波对钻孔体应变仪观测结果的影响

应用相关分析与谱分析方法,研究了天津宝坻、北京东三旗和河北张家口台2003～2006年钻孔体应变与气压之间的关系。分析结果表明,同一台站不同周期的气压波与体应变具有不尽相同的关系,如宝坻台年周期体应变与气压负相关,回归系数为-13.35×10-11/Pa,滞后气压变化62.15天;月周期和日、半日周期体应变与气压均呈同步、线性、正相关关系,回归系数平均值分别为7.489×10-11/Pa和6.301×10-11/Pa。不同台站日、半日周期和月周期气压波对体应变的影响较为接近,而与年周期相比差异较大。根据岩石力学和弹性力学原理,进一步探讨了不同周期气压波与体应变相关性存在差异的原因。     

利用GPS数据分析四川“Y”型构造区地壳运动状态

四川地区地质构造复杂,地壳活动剧烈,为了深入揭示该区“Y”型构造区地壳1999年以来近20年的动态演化规律,基于1999—2017年7期GPS数据,解算各周期网格速度场、应变率场,研究地壳应变场演化过程。结果表明：①2008年以前的3期GPS速度场相对稳定,汶川地震后,速度场变化最大的龙门山断裂带由4.0—5.0 mm/a增至8.0—10.0 mm/a;②汶川震后,“Y”型构造区最大剪应变高值区出现在汶川以东,由2.0×10^-8/a增到22.0×10^-8/a;龙门山断裂带以SE或SEE向主压应变为主,变化速率约5.0×10^-8/a—12.0×10^-8/a,鲜水河断裂由震前NS向主拉应变转为震后EW向主压应变,安宁河断裂东侧由震前SE向主压应变6.0×10^-8/a减至震后的2.0×10^-8/a;面膨胀结果显示,由震前低密度梯度带瞬间变为平行于龙门山断裂带走向的高密度变化区,且存在以金川至都江堰、北川至青川为条带的2个正负交替过渡区;③汶川地震发生压应力释放后,该区SEE向压性特征又逐渐增强,且持续至2017年,释放了龙门山断裂带地壳内部SEE向压应力多年累积能量,但汶川地震对鲜水河断裂与安宁河断裂的整体运动状态则无明显触发作用。     

青藏高原东北缘ALOS AW3D30高程模型和EIGEN-6C4自由空气重力异常模型精度分析

利用EGM96全球重力场模型对ALOS AW3D30全球数字高程模型的高程系统进行转换,结合实测GNSS数据,分析ALOS AW3D30模型在青藏高原东北缘地区的精度。利用实测重力数据计算青藏高原东北缘地区的自由空气异常,并与EGIEN-6C4自由空气异常模型进行对比,分析其精度。结果表明：青藏高原东北缘地区ALOS AW3D30模型与264个GNSS测点的差异标准差为3.4 m,该地区ALOS AW3D30精度优于4 m;青藏高原东北缘地区自由空气重力异常整体呈负值,局部为正值,变化范围为-177×10^-5～166×10^-5 m·s^-2,实测重力异常与模型结果空间分布基本一致,存在局部差异;EIGEN-6C4自由空气重力异常变化范围为-163×10^-5～142×10^-5 m·s^-2,实测结果与模型结果差异为-119×10^-5～63×10^-5 m·s^-2,平均值为-20×10^-5<...     

陕西乾陵台洞体应变周年变化的动力诊断

乾陵台洞体应变自1981年观测以来,其周年变化显著而规律,但物理机制至今尚不清晰。鉴于地表温度年变是引起地壳应变周年变化的一个重要影响因素,本文采用含地形的热固耦合解析模型,定量诊断了地表温度周年变化对洞体应变观测的影响。结果表明,地表温度周年变化5.4 K,便可造成2.2×10^-7的洞体热应变,且理论热应变的变化形态和幅值大致能与观测数据吻合。据此推定,该台洞体应变周年变化主要是地表温度年变化所产生的热应变信号。本文结果对该台热应变的合理改正和观测策略的科学优化,具有重要的参考价值。     

荷载对钻孔应变观测影响的实例分析

在对比分析地表集中荷载模型和三维有限线段荷载模型的基础上,结合张家口台钻孔体应变2012年1~5月短期异常变化时段受工程影响的实例,采用三维有限线段荷载模型定量计算清水河清淤和蓄水阶段对张家口体应变影响的理论值。结果表明:计算得到的张家口体应变理论值为-3.12×10-9、4.07×10-9,而实际扣除线性漂移后短期异常为-1.58×10-7、2.30×10-7,理论值远小于实测应变值,因此该项异常变化不能仅归结为工程建设造成的荷载变化所引起,可能存在其他干扰因素或地壳应变变化的共同作用。荷载对钻孔应变观测影响的定量计算,在钻孔应变资料异常分析判定中能起到一定的辅助作用。     

用中国钻孔应变台网资料检验大震“前驱波”

利用中国钻孔应变台网的13个台站观测精度达10^-10～10^-8量级TJ式钻孔体应变仪观测资料,深入分析2004年12月23日澳大利亚麦阔里岛M_S8.0和2004年12月26日印尼苏门答腊M_S8.9大震前应变变化,对这两次地震“前驱波”进行了客观地检验。 用高通滤波消除了周期大于128 min的固体潮汐影响,用回归分析方法消除了气压干扰。 用小波变换方法将2～128 min信号分解到6个不同频段进行分析。 结果显示,该方法能提取出信号中微弱变化信息。 根据小波变换提取的类似“前驱波”基本特征,提出“超限率”分析方法检验小波分解的细节部分。 对所有细节部分的超限率时间序列的回归直线斜率进行统计,得出了平均值和标准差,分析了正负比。 这3项统计数据显示,大震前15 d之内不能普遍检测到“前驱波”。     

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。     

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．      

西太平洋台风对上海地区钻孔应变的低频扰动特征分析

基于上海佘山台四分量钻孔应变仪在6次西太平洋台风期间的观测记录,利用小波分解、优势振动方向等处理方法提取出台风所激发的显著低频扰动信号,并详细分析扰动信号在时频域及空间域的表现特性.结果显示:在低频区间,台风激发的扰动信号优势周期为2～4 min,信号能量随台风进程而变化,并主要与台风量级、台风中心的位置(海上或陆域)...     

鲁03井水位滞后于气压的处理

本文给出了一种处理井水位对气压影响滞后的方法,同时给出了计算公式。以鲁03井为例,用这种方法求出其井水位气压系数为6.41mm/hpa,水位对气压响应的滞后时间为1.52小时。该方法排除气压影响的效果较好,水位的气压校正中误差明显减小。     

青岛地震台钻孔体应变异常变化因素分析

分时段研究降雨、钻孔水位、工程施工等因素对青岛地震台体应变的影响，研究结果表明:钻孔水位反映区域地下水主要由降雨补给，降雨下渗改变地下水状态，并影响体应变观测；青岛体应变与钻孔水位的相关性及其周期特性均在2015年前后出现变化，可能与2015—2016年降雨偏少及工程施工有关；2018年1月17日台站钻孔施工很可能改变了体应变周围岩石孔隙环境，并扩大孔隙压力作用系数，可解释2018年3月以来水位小幅上升引起的体应变显著压性上升现象，受钻孔施工的影响，体应变与钻孔水位相关性的滞后特征明显减弱。     

Teleconnection and climatic oscillation in aquifer water level in Kumamoto plain,Japan

Relative little is known about the interaction between climate change and groundwater. Analysis of aquifer response to climatic variability could improve the knowledge related to groundwater resource variations and therefore provides guidance on water resource management. In this work, seasonal and annual variations of groundwater levels in Kumamoto plain (Japan) and their possible interactions with climatic indices and El Niño Southern Oscillation (ENSO) were analyzed statistically. Results show the following: (1) The water level in the recharge area mainly fluctuates at 1‐ and 2‐year periods, whereas the significant periodicity for water level oscillation in the coastal aquifer is 0.5 year. (2) The aquifer water levels are possibly influenced by variability in precipitation, air temperature, barometric pressure, humidity variances and ENSO. Relative high correlations and large proportions of similarities in wavelet power patterns were found between these variables and water levels. (3) Aquifer response to climatic variances was evaluated using cross wavelet transform and wavelet coherence. In recharging aquifers, the ENSO‐induced annual variations in precipitation, air temperature, humidity and barometric pressure affect aquifer water levels. The precipitation, air temperature and humidity respond to ENSO with a 4‐, 6‐ and 8‐month time lag, respectively, whereas the ENSO imparts weak influence on the barometric pressure. Significant biennial variation of water levels during 1991–1995 is caused primarily by precipitation and humidity variations. In the coastal aquifer, the 0.5‐year variability in ENSO is transferred by precipitation, barometric pressure and humidity to aquifer water levels, and the precipitation/humidity influence is more significant comparing with the barometric pressure. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

佘山台四分量钻孔应变仪记录的台风扰动特征分析

通过对佘山台四分量钻孔应变仪在台风“浣熊”(Neoguri)和“海葵” (Haikui)经过期间所记录的信号进行小波分解、连续频谱分析以及优势振动方向计算,监测到台风对近岸造成显著低频扰动,并分析了扰动信号在时间空间频率域的影响特征,在此基础上探讨了扰动的激发机制.分析结果显示:在台风发育过程中,覆盖周期为2—16分钟的3个频段能量呈现显著的上升—峰值—下降规律,且这种升降变化与台风中心到台站之间的距离具有良好的相关性,其中周期2—4分钟为扰动的优势频段,能量幅值则随周期的增大而不断减弱.四分量钻孔应变仪在两次台风逼近期间的优势振动方向均为160°左右.通过对比风速数据,结合海岸地形,认为风对陆地的作用并不是引起低频扰动的主要原因,更可能是台风以海浪为介质,通过不断与呈光滑凹形形态的杭州湾北部海岸线的反射作用,进而激发自由振荡频段的低频扰动信号.      

小波分析在井水位的气压和潮汐改正中的应用

本文将小波分析方法应用于地下水位观测资料的气压和潮汐改正中。该方法利用小波将气压观测和理论重力固体潮资料分解为不同频段的时间序列,用最小二乘法求出气压和固体潮不同频段的响应系数,以消除气压和固体潮对水位的影响。用该方法计算的结果与一般线形回归分析方法得到的结果进行对比,发现该方法能更有效地分析和消除气压和固体潮对地下水位的影响。小波分解在井水位气压、潮汐改正中的应用以波动理论和振动理论为基础,它不仅考虑了观测资料的频率域特性,而且还能直接在时间域内计算出不同频率范围的气压系数和潮汐系数,具有明确的物理意义。