地震波作用引起的井-含水层系统渗透率变化

正当井-含水层系统处于封闭性良好的承压体系中时,可视为一个天然体应变仪,外力作用引起含水层介质体应变的微小变化,井水位都能灵敏的做出响应。远场地震引起的井水位产生的水震波是地震波作用于井-含水层系统最直接的体现形式之一。国内外学者在水震波响应机理研究方面取得了很多进展,Cooper等(1965)研究了水位对地震波的影响因素,认为影响水位对地震波响应的因素有井孔的尺寸、含水层的导水系数、贮水系数、孔隙度以及波的类型等,并     

井孔变径与水井含水层系统对地震波的响应

本文给出了井孔变径条件下水井含水层系统对地震波响应的微分方程,认为井孔变径相当于改变了井水柱的有效高度,从而影响到水井含水层系统的固有振动周期。当井孔水柱的总高度不变时,井孔变径次数越多,井孔变径系数越大,则井水位响应幅度的放大因子越大,而且系统的固有振动周期也越大。利用这一理论,可以用改变井径的办法使水井对地震波的响应变好。     

小江断裂带中段和南段井水位变化与形变分析

应用井孔-裂隙、微裂隙(孔隙)水流交换产生的潮汐水位-固体潮的位相差和振幅变化理论,结合井水位变化,分析小江断裂带中段和南段的形变特征.裂隙承压含水层条件下,地震波和构造应力引起的形变能够引起潮汐水位分波位相差和振幅的变化.地震波引起含水层与井孔之间水流交换增大,疏通裂隙而使渗透率增大,震后井水位潮汐分波相位差提前,其后裂隙内沉积物重新堵塞裂隙,渗透率降低,位相差逐渐下降.位相差的长期趋势性变化反映出含水层在构造应力作用下的应变信息.小江断裂带中段和南段形变变化不同.断裂带中段地区,观测井位相差和振幅趋势性下降,表明该区段不仅有走滑特性,并且具有挤压特征.小江断裂带与红河断裂带交会地区观测井振幅和位相差稳定,表明该区域没有受到明显的挤压,形变不明显.     

用压力传感器和数字采集系统对水震波的观测

人们观测到大地震面波引起的井孔水位振荡现象已有几十年的历史了,但是真正记录到比较好的时间展开的水震波却为数很少,地震学家们对井孔水位对长周期地震波的响应特性感兴趣,而水文地质学家则对用此响应来研究井孔——含水层系统的特性感兴趣。     

2011年日本Mw9.0地震引起的环渤海地区井水温度变化分析

2011年3月11日的日本M_w9.0地震在中国引起了大范围的井水温度同震变化,而水温震后持续变化的井孔多数分布在井网密度较大、距震中较近的环渤海地区。本文分析了环渤海地区水温震后变化的特征和机理。结果表明,水温震后变化形态为上升,变幅0. 005~0.976°C,空间分布在同震位移较大、张性应变较明显和地震能量密度较大的区域;依据同井水位资料,一些井孔的水温和水位震后变化特征较一致,其水温震后升高可能是地震波增大含水层渗透性的结果;另一些井孔的水位震后变化不显著,其水温震后升高可能与地震波增大井区大地热流有关。     

深井水位对固体潮和气压的响应

本文以体应变固体潮对深井水位影响的偏微分方程为基础，考虑到含水层与井孔之间相互渗流的边界条件，用叠加原理、冲量定理的分离变量等方法得出了方程的解。把水井含水层的参量给予一些可能的值，通过数值计算讨论了水井固体潮系数、位相滞后和含水层参数之间的关系，解释了井水位对固体潮响应的位相滞后现象。结果表明，井孔的半径、含水层的孔隙度及固体骨架的体压缩系数愈大，含水层的导水系数愈小，则水井水位的固体潮系数愈小     

地下水微动态中的地球物理信息及其开发

承压、封闭性好的井孔-含水层系统可以看作是安装在地表附近的高灵敏度的体应变仪,它能观测到固体潮、地震波、气压效应、降雨负荷、海潮负荷以及断层活动等多种应力应变变化现象。井水固体潮分析结果既反映了液态地核动力学效应造成的日波振幅比随频率的变化,还可确定含水层体积模量、孔隙度、渗透率等参数以及基岩裂隙参数,某些参数随时间的变化可能与构造活动有关。水震波分析结果可以确定井孔-含水层系统的频响特征。故井孔-含水层系统是一个探索地下信息的重要窗口。     

试论地震水位异常变化的机理与地震预报

本文从地下水位的变化与重力理论值成正相关的事实出发,阐明了水位变化是含水层应力——应变变化的反映。因而可以利用水位的变化来监测含水层的应变过程。在承压含水层受压时,其实隙减小,赋存其中的水被挤出向井孔中汇流;当含水层受拉张时,其空隙变大,孔降水压减小,水由井孔义回流入含水层的空隙中,由于水体的这种运珍,实现了井孔的的放大过程。井孔有很高的放大倍数和小的有效范围。据此,又进一步论证了观测井在多点集中的地壳应力场及其演变过程中所能监测到的信息和观测井的布设原则。文章最后论述了观测井在地震预报中可能发挥的作用;单井只能对发震时间做出可能的判断,对于震中信置、震级的大小,要靠一个完好的观测网才有可能做出科学的判断。     

大震前地下水位异常与应力异常区

利用井口水位对潮汐应力的响应，分析了含水层对强震孕育过程中应力变化的响应。结果显示，当含水层的瞬时应力变化值大于临界值时，水位的异常图像为阶变形态；当含水层的瞬时应力变化值小于临界值，但某一时段的累计值大于临界值时，水位的异常图像为缓变形态。而水位异常图像出现的上升或下降形态，取决于井孔含水层系统在大震孕育过程的应力调整再积累阶段所处的构造部位。水位震前异常的特征，源于地震孕育过程中应力异常区的形成。     

静态密闭状态下大甸子井孔隙度与体积压缩系数时序特征分析

以内蒙古大甸子观测井为数据收集对象,利用原始水位观测数据得到该井静态密闭下气压系数、水位与气压的关系以及孔隙度与气压系数的关系,从而分析该井静态密闭状态下孔隙度与体积压缩系数时序特征。结果表明,孔隙度与固体骨架的体积压缩系数和含水层内水的体积压缩系数间存在幂函数关系;在第一象限内,各井含水层介质固体骨架的体积压缩系数随着孔隙度的增大而增大;含水层内水的体积压缩系数随着孔隙度的增大而减小。     

承压含水层的荷载效应和井孔水位的气压效应

本文在充分考虑承压含水层的弹性和渗透性的基础上,重点讨论了承压含水层的荷载效应和井孔水位的气压效应。首先以大面积荷载为例,分析了封闭状态下含水层的荷载效应,得出了荷载强度σv及其所诱导的孔隙压力P之间的关系,即P=rσv,r是一个与含水介质力学性质有关的小于1的常数,称为荷载系数。以此为基础,在静态的假设条件下,分析了井孔水位的气压效应,得到了气压系数的表达式以及荷载系数与气压系数之间的互补关系。在动态条件下,以三种不同的气压过程为例,讨论了动态气压系数与含水层导水性能、井孔结构和气压变化频率之间的关系。结果表明:(1)动态气压系数与时间或被动频率有关,当时间很长或气压波动频率很低时,动态气压系数趋近于静态气压系数;(2)动态气压系数与含水层的导水系数成正比,与井孔半径和气压波动频率成反比;(3)动态气压系数一般小于静态气压系数。     

深井水位的固体潮效应

本文从体应变固体潮对深井水位影响的偏微分方程出发,考虑到含水层和井孔之间相互渗流的边界条件,用叠加原理、冲量定理和分离变量法等方法得出了方程的解.通过对这个解中水井含水层参数给予一些可能的值进行数值计算,讨论了水井固体潮系数和位相滞后与水井含水层参数间的关系,较好地解释了井水位对固体潮响应的位相滞后现象.计算表明,井孔的半径、含水层的孔隙度及固体骨架的体压缩系数愈大,含水的导水系数愈小,则水井水位的固体潮系数愈小,而水位对固体潮响应的位相滞后愈大.井水对长周期的潮汐响应比对短周期的更好.      

井孔水位微动态形成机理的探讨

井孔地下水位微动态是地壳附加应力作用下形成的。地壳中产生附加应力的主要因素有地球固体潮、大气压力变动、降雨与地表水体的荷载及断层活动等。井孔水位微动态形成的基本过程是:产生附加应力→含水层变形与孔隙压力变化→含水层—井孔间产生水流运动→井孔水位发生升降。本文从岩土力学与地下水动力学的观点,对于上述过程中的重要环节进行了初步的探讨     

两种井孔变径对水位影响试验的解释

井孔变径对井水位固体潮效应影响的试验有两种不同的结果：一种是影响很大，响应幅度与井径的平方成反比；另一种是影响不大。本文用两种模式解释了两种结果，认为这与水井含水层的渗透系数及含水体的大小有关，渗透系数及含水体越大，则井孔变径对井水位固体潮效应影响越大。这主要体现了并孔水柱压力水头与含水层内孔隙压平衡，所以与并径大小无关。当渗透系数与含水体很小时，主要体现了井孔内水量变化与含水层释放、吸收水量平衡。一般情况下是介于两者之间。     

井孔变径与井水位的固体潮效应

根据多孔介质渗流理论和弹性理论，在井孔变径条件下，得出水井含水层系统对潮汐信号响应的偏微分方程，认为井径变化相当于改变了井水柱的有效高度，从而影响了水井含水层系统的固有振动周期。分析了井孔变径对潮汐信号响应的周期特征，认为当含水层水体很大（含水层水平面积比井孔面积大得多），且含水层的渗透系数也很大的条件下，井径变化对井水位固体潮响应幅度影响很小     

基于Gassmann方程的流体替换方法在珊溪水库地震研究中的应用

引入基于Gassmann方程的流体替换方法,在分析地震波P波速度、波速比与岩石孔隙度和饱和度关系的基础上,应用于珊溪水库地震波速比和P波速度变化特征研究,得到:(1)珊溪水库震中区岩石始终处于接近水饱和的饱水状态,波速比和P波速度"下降-回升"的变化实质上反映了震中区岩石"孔隙度增大(饱和度减小)-饱和度增大"的变化,每一丛地震的波速比由极小值逐渐增大为极大值是由于岩石从不饱和状态变化到饱和状态;(2)根据每一丛地震波速比的变化,计算得到珊溪水库流体扩散率αs=1.06×104 cm2 s-1,该数值与美国南卡罗莱纳水库、巴西Acu水库、广东新丰江水库的流体扩散率基本一致;(3)震源区岩石孔隙度上限值为8.7%~2.0%,该数值与华东勘测设计研究院通过室内岩石物理力学性质试验测定的珊溪水库坝址区新鲜流纹斑岩的孔隙度平均值一致。     

汤池一号井水震波与地震波的对比分析

水震波是地震波引起的井孔水位的振荡现象.利用同一地质单元内的水震波与地震面波资料进行对比研究,分析出水震波与地震波数据上的异同.同时运用地震波与水震波的数据异同,探求两者数据在应用方面的联系,以更好理解两者的对比关系,本课题估算出水位对含水层应力应变的响应"格值",通过对庐江地震台等井的井水位观测资料分析,结合白山数字...     

井孔ΔH指标及其观测系统原理

根据地震前兆的“应力－应变原理”，以及“岩石变形破坏的实质是其孔隙度发生变化”的结论，进一步应用地下水动力学中的达西定律推导得出，饱和含水层井孔在恒定流量下的动水位与该井孔静水位之差或二种不同恒定流量下的动水位之差ΔH，可以相对量度饱和含水层岩体孔隙度的变化，进而得出相对量度岩体受力变形的动态变化过程，这可作为一项新的地震前兆指标。据此设计了一种以“井孔ΔH指标”为观测对象的新型地震前兆观测系统。理论分析得出，ΔH指标仅对地下深部岩体应力－应变的变化信息敏感，对非应力－应变因素和地表干扰不敏感。已有实验初步验证了其具有抗干扰、高灵敏度和高信噪比等特性。距离实验点400km的2002年3月31日台湾花莲海外7．5级地震为ΔH指标的可行性实验提供了一个例证。     

我国水震波研究的现状与动向

水震波指地震波引起的井孔水位的振荡现象。随着我国地震地下水动态观测井网的建设,这种现象越来越引起有关学者们的关注,尤其是近几年来对这一现象的研究取得了一些重要进展。 七十年代,首先在北京洼里井观测到水震波以来,已在100多个井孔中观测到了这类水位微动态现象。现已查明,上述具有记震能力的井孔——含水层系统中,井孔深度深者达3400m,其观测层的岩性有各种时代与各类成因的基岩,也有第四纪粉砂细砂层,地下水的类型有孔隙水、裂隙水、喀斯特水,有冷水、也有热水,观测方式上有静水位观测,也有动水位观测,由上可见水震波是普遍存在的水位微动态之一。     

安徽区域数字化水位和水温远场大震同震响应分析

利用安徽台网记录的2010年以来全球29次Ms≧7.7级地震,从"一震多井"和"一井多震"2个方面,结合井孔地质水文条件,分析安徽台网水位水温观测对全球不同大震的远场效应。研究得出:①同震响应产生的水位阶变,主要由于压应力或拉应力作用于含水岩体时,造成含水层的孔隙压力发生变化所致;②井孔各含水层水压受地震应力变化波动水位出现震荡,由于井孔内混合水含量比震荡打破其内在平衡,故水温随水位震荡出现阶变,水温变化滞后于水位震荡变化;③远场效应的各项特性主要与该井地下结构所受应力变化强弱有关,地震能量释放波及其地下结构变化,导致井中水位、水温观测产生远场效应。这些研究结果,为安徽流体观测异常变化分析提供了一定的物理基础,也为安徽及邻近地区的地震预测预报研究提供了一定的理论依据。