利用华北地区承压井水位资料反演含水层体应变

承压井水位的变化反映了含水层孔隙压力的变化,而含水层孔隙压力的变化与含水层所受的压力状态有密切的关系。本文利用华北地区反应固体潮较好的承压井水位资料,通过计算各井孔的潮汐因子并提取有效的水位趋势信息,反演了华北地区现有承压井孔含水层体应变,并绘制了2009~2012年半年尺度的等值线图。结果显示,本文计算结果能在一定程度上反映出华北地区深层的应力应变状态。     

井水位对气压响应的滞后及其机理

通过井口空气压力变化对井水位影响的试验，分析了井水位对空气压力变化响应幅变和滞后时间，认为在相同的井口空气压差情况下，压力变化周期越大，井水位响应幅度也越大，而位相滞后越小。水平层状承压含水层的理论研究表明，井水位对气压影响的滞后时间主要取决于含水层的导水系数和气压变化的周期，这两种参数越大，则滞后时间越小。因此，井水位对气压响应的滞后是由于水压井孔与含水层间渗流需要一定时间造成的，而不是由于地面     

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。     

计算井水位对固体潮和气压滞后响应的新方法

提出了一种计算井水位对固体潮和气压滞后响应的新方法.利用杜得森潮汐展开和泰勒级数展开,导出了计算井水位固体潮系数和气压系数以及滞后时间公式,并给出了考虑滞后影响的井水位固体潮和气压改正公式.利用该法处理了鲁03井水位和气压观测资料,求出该井水位固体潮系数为1.8mm/10~_(-3),水位对固体潮响应的滞后时间为1.53小时,气压系数为6.4mm/hPa,滞后时间为1.5小时。与以前的一般回归分析方法相比,改正后的水位中误差明显减小,改正效果较好。     

固原体应变与水位和气压相关性研究

通过对固原体应变与水位、气压等影响因素的相关分析,以及对M2波潮汐因子相对误差等参数的计算,结果显示体应变观测与水位变化长期存在高度反向相关,与气压短期存在高度正相关,且体应变随气压变化在时间上存在40分钟左右的滞后效应。并利用回归相关分析消除水位、气压影响,探讨了体应变与水位、气压相关系数以及响应系数在宁夏地区小震前的变化特点。     

体应变观测中的气压干扰机制和作方法的研究

建立体应变理论气压干扰模型，通过实际观测资料研究了气压对体应变月变和日变的干扰过程，探讨消除干扰的方法，且和水位资料作了对比分析。     

体应变的气压效应

通过对河北省张家口地震台体应变和气压观测和对比分析,探讨了消除气压干扰的方法。指出用别尔采夫滤波法去掉体应变固体潮和气压的短期用回归方程、相关分析、求气压系数,体应变残差等可排除气压干扰。结果表明,当体应变观测曲线出现异常时,消除气压干扰后,异常更加明显,更有利于对异常的识别和判断。发现去掉干扰后的体应变曲线与１９９８年１月１０日河北张北６．２级地震存在一定的对应关系。     

井水位对固体潮-气压综合作用的响应关系研究

本文基于井水位微动态对固体潮和大气压响应的物理机制, 运用水-岩耦合理论, 建立了井水位对固体潮-气压综合作用的响应模型。 以邛崃川22井和南溪川12井为例, 通过井水位与固体潮和气压原始曲线的对比及拟合分析, 对井水位对固体潮-气压综合作用的响应模型进行了验证。 结果表明, 两口井对固体潮-气压综合响应非常好, 井水位的变化均由固体潮和气压变化引起。 两口观测井中, 以南溪川12井的水位综合响应能力较好, 邛崃川22井水位受到较多的杂讯干扰, 水位曲线日变化较复杂。 对邛崃川22井进一步分析表明, 利用井水位时段平均值可有效消除观测误差, 用小时值计算时可以忽略井水位对气压响应的滞后效应。     

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．      

井水位随气压变化之解析解

气压作用下, 井-含水层系统中地下水流是一类流体力学问题。 本文应用井壁水流通量边界条件和气压作用下井壁内外水(孔)压平衡条件, 提出了一个井水位随气压变化的解析公式。 解析式表明, 气压系数随时段长度增加而增大, 并趋于气压常数; 气压系数随时段长度的变化只依赖于导水系数与井半径平方的比值(T/r²_w), 而与气压变化过程无关; 气压常数只与含水层的一维荷载效率(B)有关, 而与导水系数和井半径无关。 解析解所反映的气压系数与时段长度的关系, 与南溪井实测序列数据分析结果具有很好的一致性。 根据气压系数随时段长度变化过程, 提出了一个参数估计方法, 应用于估计南溪井含水层气压常数和导水系数, 并对本文提出的参数估计方法进行了讨论。     

工程降水对钻孔应变的干扰特征及干扰机制研究

抽水干扰在钻孔应变观测中常见且影响显著, 为了能真实捕捉到地震前兆信息, 须对其干扰机制进行研究.随着城市化进程, 基坑工程及其伴随的工程降水逐步增多, 工程降水对钻孔应变的干扰比普通单井抽水干扰更为严重.工程降水对钻孔应变观测有何干扰特征、干扰机制如何、干扰数据能否修复等问题对地震异常的探测具有重要意义.本文基于莱阳体应变受到附近御龙湾项目工程降水干扰的观测案例, 研究了工程降水的干扰特征, 修复了干扰畸变, 通过数值模拟确定了干扰机制.结果表明: (1)工程降水在干扰体应变趋势变化的基础上叠加了方向明确、量级稳定的固体潮畸变, 可以通过一阶差分逆运算进行修复.修复固体潮畸变并扣除背景速率后, 工程降水干扰量级达-15.65×10-9/d; (2)通过建立基于集中载荷模型的网格算法, 模拟出工程降水在体应变异常初期和后期分别产生6.61×109 N和1.73×1010 N的集中力载荷, 干扰量级明显大于常见的单井抽水干扰, 压性干扰集中于体应变仪与抽水井连线的垂直方向; (3)通过固体潮畸变特征及力学机制分析确定了工程降水造成固体潮畸变的干扰机制为"抽水引起压性趋势下降—抽水暂停引起张性台阶上升—抽水引起压性趋势下降"周期行为, 固体潮畸变时间间隔(频次)和钻孔水位之间呈显著同步特征, 线性系数为0.737.     

气压对徐州地区三套体应变仪不同影响原因的分析

通过对徐州地区现有的3台体应变仪不同程度受到气压影响的资料进行对比分析,发现其中2个台的体应变资料受气压影响大,分析出现这种情况的主要原因可能是仪器探头与钻孔耦合得不好造成的。为了减少气压对观测资料的干扰,就需要在仪器下井时做好仪器耦合的基础工作,否则仪器产出的数据将会影响观测资料的使用,受气压严重干扰的资料甚至会误导我们对地震前兆异常的分析和判定。     

不同力源作用下九江地震台井水位仪与伸缩仪的体应变响应分析

根据潮汐因子计算结果,确定了井水位观测格值。又由线应变和水位与体应变转换公式,分别计算了在固体潮、大气压、强远震和承压含水层排水作用下伸缩仪与水位仪的的体应变响应量,二者相对变化率(体应变比值)在0.242~0.668之间,分析比较了二者的响应特征,并初步解释了水位与应变同步变化的物理机制。     

周至井气压系数的变化特征及其与地震的关系

主要采用周至井水位、气压的时值,通过高阶差分回归拟合水位、气压的相关系数与气压系数。并对采用不同滑动步长、不同差分计算出不同时段内的气压系数进行了分析对比,比较了其异同。同时也探讨了相关系数和气压系数与地震的关系。     

天津地区井水位气压系数变化与地震关系的探讨

地下水位气压系数在震前出现异常变化的研究,在地震预测研究中具有积极的作用和现实意义。利用高采样率的数字化资料,采取一阶差分筛选回归分析的方法,对天津地区4口地下水动态观测井的气压系数进行计算分析,并对其与地震的关系进行探讨。研究认为:不同的井孔,由于自身条件及干扰因素的不同,气压系数在震前的异常变化形态及幅度都有所不同;气压系数是随时间和空间而变化的物理量。通过文安5.1级地震震例检验,提出利用气压系数预报地震的可能性,但将之应用到地震监测预报实践中,尚需更多震例检验,并需开展广泛、系统的研究。     

A study on relation between acoustic emission and characteristic displacement field on the sample with multi en echelon structures——The theoretic and experimental explorations of strain gap

Introduction ZHOU, et al (1994) collected and investigated periods of level deformation data from 1954 to 1992, and gained sequence of a picture per year (or several years) that vividly showed the varia-tion of the deformation field of Tangshan earthquake source area around the Tangshan diamond block which was 21.3. They indicated that the Tangshan earthquake source area showed de-formation gap and the hard solid characteristic of relative stabilization or relative closedown. In the investig…     

A study on relation between acoustic emission and characteristic displacement field on the sample with multi en echelon structures — The theoretic and experimental explorations of strain gap

Based on the phenomena that the deformation gap was observed before the great Tangshang earthquake, this paper discusses the strain gap according to test and theory. The (strain) patterns were recorded photographically by realtime holographic interferometry and shadow optical method of caustics, as soon as the loading process started. In the meantime, the AE (acoustic emission) signals were recorded by a micro crack information storage-analysis system. According to damage theory and location of micro fracture, we have studied the stain gap and gained: a) It is necessary that strain gap appears under the condition of linear elasticity theory, and its situation is relatively stable, corresponding to stress concentration. b) Micro fractures, which appear initially at area of high stress, occur rarely at the strain gap, and their locations are finally in the zone between the stress concentration area and the strain gap, which indicate the clusters or groups. However, the major macro fracture (final rupture) started from the shadow areas, and then grew quickly towards the strain gaps, which resulted in failure of sample. Foundation item: The Dual Project of China Seismological Bureau (9691309020301), the Specialized Funds for National Key Basic Study (G1998040704), the project for the MOST under contract (2001BA601B02) and Youth Funds for applied basic study of the Science and Technology Bureau of Yunnan Province (98D019Q).