断层含水层在非等温条件下的构造性渗流——一种震前热前兆异常产生的机理

本文用一个简单的解析模式来计算,在被断层带切断的含水层,由于形变产生的渗流引起的热量瞬时流动。在这个模式中,含水层流体的补给被假定只是通过弱隔水层垂向渗流。在这种条件下,能量平衡方程要计算由于含水层体积变化和形变产生的水力压头变化引起的流体水平向和垂直向流动的单位热量传递。数值模拟的结果表明在应力增加期,当渗流的地下水与含水层的地下水混合的时候,地温就表现为瞬时的升高。相应地,当这一渗流过程停止的时候,地温迅速回到平衡状态。利用此解析模型,可以重建观测记录中的地温前兆异常特征。按照模型的结果,地温升高达到稳定状态的时间和流体的补给率相关。热异常的幅度与弱隔水层的温度梯度有关,弱隔水层与含水层之间的渗透率也起到很重要的作用。模型的结果表明热前兆异常只是在离断层近的区域表现明显,由于在这个区域构造渗流的过程对含水层的水力压头有直接的影响。如果断层面对形变敏感,应力模式的改变会使得构造渗流率发生永久的改变,从而很容易使区域的温度场产生剧烈的、不可恢复的改变。在某些构造活跃区域的井孔地温记录中,一些短临异常变化的特征和按照“构造渗流”模型的预测结果非常相似。在土库曼斯坦的Firjusa、乔治亚州的Didiweli和日本的Izu peninsnla都有这种震前热前兆模型的例子。研究表明,与小规模构造形变相关的热前兆异常并不是罕见的。热前兆异常的监测要有合适的井孔和高精度的监测仪器,其观测时间至少要与区域地震复发周期相当。     

应用钻孔数据预测层状岩体断裂密度和排水距离

我们提出了一种基于钻孔数据评估断裂密度和排水距离的简单方法。该方法适用于平行于层理的钻孔,是建立在观察露头的断裂间距及实验模拟的断裂模式研究基础上的。应该强调,该方法不是预测岩体的渗透性和流动速率。确切地说,用该方法来识别具有长断裂排水距离的高断裂密度的区间是恰当的。为了评价这种方法,将二维的已知断裂模式特征与一维的有限数据进行了比较。一维数据是从通过上述已知断裂分布的钻孔中获取的。     

井水温观测分析中的水-热动力学研究综述

从井水温动态影响因素、井水温对动力加载的响应机理、水-热动力学理论模型三方面阐述了井水温研究进展。高精度数字化观测技术,为井水温的科学研究提供可靠、有效的数据支持。补给源和水动力作用是影响井水温动态变化的两大因素,补给源决定了井-含水层系统温度的垂直分布曲线的形态,水动力作用决定了含水层地下水补给量的多少和地下水流速的快慢,从而影响井-含水层系统温度变化的大小,而动力加载作用影响井-含水层系统内部的水流流动速度,改变水温变化情况。通过对井水温动态影响因素与水-热动力学形成机理研究的总结,有助于厘清井水温动态和含水层的关系,为井水温动态的定量分析和机理解释提供重要的研究思路。     

活动断裂的红外地震异常特征提取——汶川地震为例

正以中国静止气象卫星FY-2E/G红外亮温资料为数据源,应用7阶小波差值法对龙门山断裂带内的3条主要断裂进行解译和分析。选取居中的映秀—北川断裂的断层轨迹线,通过震中点做该断裂的断层轨迹线垂直剖面CZ1(图1),计算该垂直剖面线上的象元差值并绘图(图2),可看到:该断裂带亮温差值分析结果表现为两条突出的热红外条带,通过比对,可较好的对应在汶川—茂汶断裂和安县—灌县断裂上,2007—2009年安县—灌县断裂热条带上表现出与汶川地     

平顶山矿区地热地质条件及其成因分析

地热资源作为清洁可再生能源之一,合理的开发地热能有助于国家“双碳”目标的实现,而正确认识区域地热地质条件及其成因是地热资源开发利用的前提.平顶山矿区位于构造隆起区且区内岩溶含水层广泛发育,基岩起伏产生的热折射效应及岩溶层内地下水对流共同造成该区浅表存在温度异常,沉积盖层段的地温梯度值高达45.0℃/km.本文以7口钻井测温曲线和254块样品热物性资料为基础,分析了该区地温场特征,并结合区域典型地层剖面,对岩溶层内流体对流对地层温度影响的开展水热耦合研究,并通过热模拟分析构造界面两侧热物性差异产生的热流侧向汇聚作用对浅表聚热的作用大小.结果表明：平顶山矿区地温梯度值范围在8.0～66.9℃/km之间,对应的热流值范为31.0～135.0 mW/m²,且地温场分布呈明显的分带性,构造凸起区相对于四周凹陷区地层温度、地温梯度、热流值较高;水热耦合模拟显示,在补给区,随着冷水沿着地表出露的岩溶含水层的不断下渗,地层温度越来越低,在排泄区,补给区冷水经过深部循环加热后向上排泄,进而加热周边岩层;其次,导水断裂可以深刻改变地层温度场的分布,是地层温度下降或上升的分界线;基岩起...     

与气压有关的地电场特征及机理研究

使用宁夏四个地电台站记录的地电场数据,研究其变化特征、频谱特征、与区域气压变化的关系及测量方向与附近断裂走向的关系。研究结果显示：部分地电场具有日变化特征,同时也具有气压非周期性变化特征,这种特征与气压变化呈负相关,当场地裂隙优势方位与附近断裂带方位呈近似垂直或较大夹角时,测向与附近断裂走向近垂直的地电场与气压相关性较高。分析认为地电场具有气压非周期变化特征是因为测量位置基岩孔隙的渗透率与附近断裂裂缝的渗透率不同,流体渗流过程中气压系统变化引起的流体“窜流”所致。     

基于几种应力加载方式的井水温度响应机理探讨

本文在前人研究的基础上,针对几种不同周期的应力加载方式以及井-含水层的水位、水温响应特征,对井水温度的应力加载响应机理进行了系统分类研究,总结了对于3种不同周期应力加载的水温响应机理。分别是对地震波应力加载的气体脱逸模式、裂隙渗流模式、热弥散效应模式及冷水下渗模式,对固体潮应力加载的水动力学模式以及对地震孕育阶段长周期缓慢应力加载的应力-耗散热模式等,文章中针对每一种不同方式应力加载给出了典型的观测实例并对其可能的响应机理进行了初步的探讨。     

使用带有脉冲点源多针探头进行土壤热测量

一、引言浅坑测温早已被认为是快速勘测浅含水层的有效方法(Cartwright,1968)。使用这个方法的不足之处是需要另外测量热性质以便正确地解释温度异常。在这个工作中重要的热性质是热扩散率κ(cm~2/s),它被定义成是热导率研K[cal/(cm·s·℃)]和热容量C[cal/(cm~3·℃)]之比。笔者设计了一个不但可以迅速、直接地测量土壤热导率,而且可以测量土壤热扩     

阿尔金断裂西部邻区的上地幔各向异性研究

本文利用横波分裂方法对北京大学于田流动台阵记录的SKS震相进行分析,获到了阿尔金断裂西部及邻区的上地幔各向异性参数.分析结果显示,快波偏振方向在整个研究区基本呈近E-W向,与研究区内阿尔金断裂的走向几乎一致,分裂延迟时间在0.93~1.20 s之间.综合研究区附近前人横波分裂研究结果,我们认为,在印度和欧亚大陆板块碰撞作用下,青藏高原北部上地幔软流圈物质向北流动,遇到塔里木盆地"克拉通"较厚岩石圈阻挡并发生了旋转,向东西两侧流动,导致在青藏高原和塔里木盆地边界地带软流圈上地幔橄榄岩中晶格沿近E-W向优势排列.这一模式显示阿尔金断裂可能是一个岩石圈尺度的大型走滑断裂:它既控制近地表的上地壳构造运动,同时也影响了上地幔软流圈物质的流动.另外,在向塔里木盆地内部延伸的台站也观测到显著的各向异性和近E-W向的快波偏振方向.这些结果表明塔里木盆地"克拉通"岩石圈的中、下部分在南部边界被青藏高原北部上地幔软流圈流动"热侵蚀"而损失一部分,导致青藏高原软流圈向东西两侧的流动已经延伸到塔里木盆地内部.本文的研究结果揭示克拉通岩石圈"活化"不仅可以在垂直方向发生(如,岩石圈拆沉或软流圈上涌导致的热侵蚀),也可以在水平方向上发生,即软流圈的水平流动对克拉通岩石圈边界的热侵蚀作用.     

应力加载作用引起地下水微温度场变化的研究综述

在地震地下流体动态观测中,水温对地震活动的响应非常敏感,井水温度微动态观测越来越受到有关学者的关注。本文收集了相关资料,以引起水温变化的水动力学机制为基础,从应力加载作用下渗流场的变化、渗流场变化引起地下水温度变化以及裂隙介质热量运移三个方面分别阐述了前人研究成果,旨在理清“含水层受力变形→井-含水层系统内水流变化→井水温度变化”的理论模式,探讨应力加载作用引起地下水微温度场变化的理论基础和技术途径。对这一领域研究成果的综合分析将有助于我们深入地研究地震孕育过程中的前兆成因机理。     

一个冰盖近表层热传输模式及其对南极Dome A的温度模拟

根据南极大陆冰盖近表层的物理模型设计了一个垂直一维的冰盖近表层能量传输模式, 采取合理简化的物理过程参数化方案并构造一套完整的数值求解方法, 实现了对冰盖表面及近表层内能量传输过程的数值模拟. 利用最新获取的东南极高原Dome A自动站的气象观测资料, 通过计算冰盖表面能量通量作为模式上边界条件驱动模式求解冰盖表面及近表层内温度的季节变化过程, 将模式模拟结果与4个观测深度(0.1, 1, 3和10 m)的雪冰层温度进行了对比检验, 取得了与观测较为一致的季节变化过程, 并能够揭示出比观测更为细致的冰盖近表层内温度垂直分布结构及其季节变化特征. 通过模式结果分析得到的冰盖表面能量平衡特征表明: 1) 冰盖表面能量平衡全年主要表现为负的净辐射与正的感热通量之间的平衡, 季节差异显著; 2) 冰气相互作用机制主要是大气以感热形式输送给冰盖, 并在春季显著增强. 因Dome A特殊的地理位置, 研究结果对南极高原内陆中心地区具有较好的代表意义.     

岩石层内与断裂后热释放有关的物理变化

我们根据岩石层的热状态来定义现代裂谷和古裂谷,现代裂谷是断裂后的岩石层尚未达到热平衡状态,而古裂谷是断裂后的岩石层已处于热稳定状态。将现代裂谷与古裂谷的物理特征进行对比,结果表明,它们的地貌、构造和岩浆特征方面虽有很多相同之处,但在地球物理特征方面却有一些明显的差异。在由现代裂谷转变为古裂谷时采用一个简单的岩石层热释放模型,我们可以看到,现代裂谷与古裂谷之间在岩石层的上地幔地震波速度和密度、表面热流、热结构与居里点深度、以及大地电磁性质方面的差异可以用宕石层冷却来解释。而单用冷却不能解释与断裂有关以及紧接断裂之后的复杂沉陷过程,也不能解释古裂谷内为什麽出现一些高速的壳层,以及地壳有时为什麽会加厚。假如考虑到岩石层的抗弯强度和与断裂有关的地壳的岩浆加厚,这些现象就可以得到解释。我们认为,许多现代裂谷下面的“上地幔异常”可能与断裂地壳岩浆加厚过程有关。     

冲积扇河流阶地演化对走滑断裂断错位移的限定

滑动速率是活动断裂定量研究的重要参数,是指在一段时间内断裂两盘相对运动的平均速度,是断裂带上应变能累积速率的重要表现,常被用于评价断裂的地震危险性。区域河流地貌特征及水系演化会受到构造活动的显著影响,因此分析河流地貌演化是研究构造变化特征的重要方法,也是限定断裂滑动速率较为可靠的方法。在总结河流地貌演化过程模式的基础上,考虑地形地貌因素的影响,建立了河流阶地位错模式和位错量的测量方法,并以阿尔金断裂东端断裂近垂直穿过的高岩沟为例,建立了其河流阶地的演化过程及其与断裂位错的关系,得到了不同阶地因断裂活动形成的位错量。结合前人的阶地测年结果,估算得到了阿尔金断裂在该段的水平滑动速率为(1. 80±0. 51) mm/a。     

温泉热储温度对断裂的弱化作用及其对地震活动性的影响

利用SiO2地热温标的混合模式, 计算了红河断裂带北段14个温泉的热储温度, 并根据温泉热储温度和温泉密度的特征, 把红河断裂带北段进一步划分为4个亚段。从水对断裂弱化作用的角度, 讨论了水的弱化作用对地震活动的影响, 认为各亚段水对断裂弱化作用的强度的不同, 是引起各亚段地震活动差异的重要原因。热储温高、温泉密集的洱源亚段相当于滑移区;而热储温度较低。温泉较少的剑川亚段和弥渡亚段及温泉稀少的大理亚段则相当于闭锁区,认为大理亚段是孕育强震的最危险地区, 洱源亚段孕育强震的可能性很小。     

一种估算地震引起应力场调整的新方法

引言 承压含水层内水井水位的变化可反映含水层孔隙压的变化,而含水层孔隙压的变化与含水层所受的压力状态有密切的关系。地壳内的应力变化有时可影响到含水层所受应力状态发生变化。构造地震的发生,一般看作是地壳内应变的积累,岩体裂隙形成演化的结果。所以在大地震发生时会引起大区域应力场的调整变化。这种应力场的调整变化是     

水温微动态形成的水热动力学 与地热动力学机制

以井-含水层热系统分析为基础, 结合井水温度(水温)动态观测到的实际结果, 提出了水温微动态形成的两类基本机制, 即水热动力学机制与地热动力学机制. 水热动力学机制指井水温度的动态是由于水流动产生的热对流引起的变化; 地热动力学机制指井区岩土中大地热流作用或热传导引起的井水温度变化. 结果表明, 多数同震响应是水热动力学机制下生成的水温微动态; 水温的震后效应或变化则多是热传导或深部热流变化引起的, 属于地热动力学机制下生成的水温微动态. 少数水温微动态特征较为复杂, 多是源于井-含水层系统中包含有多个水文地质特征差异明显的含水层, 尚不能简单地用水热或地热动力学机制予以解释.     

邢台震区深部构造与强震孕育关系的探讨

将地壳介质视为马克斯威尔体,运用三维有限元方法,探讨分层地壳结构中存在高速体、低速体和深部断裂时,地壳应力的集中及应力集中随时间演化的特征．计算结果表明:① 由于地壳的非均匀性,在高速体内形成高平均应力集中条带,在高速体内和深部断裂附近形成水平最大剪应力（以下简称最大剪应力）高集中区．平均应力扰动值随时间的变化趋势,导致在漫长的地质年代内,平均应力在地壳内有趋向一致的变化趋势．最大剪应力扰动值随时间的变化,导致低速体内的剪切应变能向高速体内转移;② 当地幔以1 cm/a速率上隆时,平均应力扰动值随时间的变化比较复杂,高速体和低速体的边界已不是那么明显．在高速体内沿狓方向的两个边区,最大剪应力扰动值随时间更加高速地增长,这种应力演化更有利于实现低速体内的剪切应变能向高速体内转移;③ 在深部断裂带的下半段附近,平均应力和最大剪应力扰动值随时间的变化趋势,导致在较长时间内积累较高的剪应力,最后引起深部断裂失稳和沿断层方向的加速蠕滑;④ 深部断裂沿断层方向的加速蠕滑,可以使深部断层两侧地表面垂直位移的变化,与邢台地震震前一年的地表面垂直位移变化趋势非常一致．深部断裂的加速蠕滑可能是震前地表垂直位移异常变化的原因之一．      

临潼—长安断裂带构造形变

本文在对临潼—长安断裂带挽近构造特点进行分析研究的基础上,重点分析了其垂直形变监测资料,指出它是一条可以提供前兆性信息的敏感性断裂,其主次断裂带具有对称活动的特点,其中主断裂,特别是其北段尤为活跃,应重点监测。断裂带形变趋势表明,其形变尚处于稳态阶段,近年内不会发生大震。     

井水位的“记忆”滞后效应

观测资料表明,井水位对信息响应存在的“记忆”滞后现象,它与一般的位相滞后不同,在鲁２９井现场试验也证明了井水位对井吕空气压力变化的响应存在的“记忆”滞后现象。利用水平层状承压含水层模式,从理论上解释了井水位对井口空气压力变化响应“记忆”滞后现象,认为这种现象与水井含水层的导水系数有关,含水层导不系数越小,这种现象越明显,用一般多元回归方法无法较好地扣除井水位中“记忆”滞后影响,作给出了一种可以扣     

邢台地震前地壳形变异常的可能性物理机制

将地壳介质视为麦克斯威尔体 ,运用差分法和三维有限元方法 ,探讨了邢台分层地壳结构模型 （含高速体和低速体及深大断裂 ）中深部断裂加速蠕滑时 ,平均应力、水平最大剪应力和地表面垂直位移随时间演化的特征 ,计算结果表明 :（1 ）在地壳中上部 1 1km处 ,深部断裂的加速蠕滑急剧加速了水平最大剪应力的增加速率 ,可达数百倍 ,深部断裂的加速蠕滑是邢台强地震成核过程的开始 ,可实现地壳下部的能量向地壳中上部快速转移 ;（2 ）深部断裂的加速蠕滑引起的地面垂直位移变化与邢台地震震前的地表面垂直位移变化非常一致 .说明邢台地震震前地壳表面垂直方向的位移不仅与岩石的膨胀有关 ,而且可能与地壳内深部断裂的加速蠕滑密切相关 .