日本秋田地震(1983年7.7级)引起我国应力场的震时调整变化

本文通过水平分层承压含水层模型,推导出含水层的水头和含水层应力变化之间的定量关系.利用我国在日本秋田地震时有水位阶变的52口井孔的观测资料,通过水井水位的体应变固体潮系数,估算了震时引起我国应力场的调整变化.讨论了这种应力调整时应力增加区和降低区交替出现的可能原因。     

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。     

由地下水位变化反演大同—阳高6.1级地震前后应力场的动态图像

分析研究了承压含水层应力应变与井水位变化之间的定量关系,得出了井水位变化与含水层应力应变之间的定量关系公式,给出了利用承压井水位变化反演含水层应力变化的两种新方法。利用大同地震前后井水位变化资料,反演了该地震前后大区域应力场的动态调整变化,并形成了时间与空间的演化图像。利用这些图像分析了大同地震前后大区域应力场的动态调整变化特征与可能的机制。     

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     

由地下水位变化反演大同—阳离6.1级地震前后应力场的动态图像

分析研究了承压含水层应力应变与井水位变化之间的定量关系,得出了井水位变化与含水层应力应变之间的定量关系公式,给出了利用承压井水位变化反演含水层应力变化的两种新方法。利用大同地震前后井水位变化资料,反演了该地震前后大区域应力场的动态调整变化,并形成了时间与空间的演化图像。利用这些图像分析了大同地震前后大区域应力场的动态调整变化特征与可能的机制。     

由承压井水位动态反演水井含水层的应力变化

分析了承压井含水层应力场与地壳应力应变之间以及含水层应力应变与井水位之间的定量关系,给出了利用承压不位变化反演含水层应力变化的三种新方法,通过含水层的参数,固体潮效应以及气压效应反演水井含水层的应力变化,讨论了承压井水位反映含水层应力应变的稳定性,并将该反演结果与其它方法的结果进行了比较。     

利用水位阶变资料反演震时应力的调整变化

本文利用我国在日本秋田地震时有水位阶变的65口井孔的观测资料,计算了地震时引起我国应力场的调整变化,应力变化量值从8.7—6.4×10~4Pa。并分析了我国应力场调整时,应力增加区和应力降低区交替出现的可能原因。     

唐山7.8级地震前后地下水位应力场的动态图象

研究了分析了井水位变化与含水层应力应变之间的定量关系,给出了利用承压井水位变化反演含水层应力变化的新方法,利用唐山地震前后井水位变化资料,反演了地震前后大区域应力场的动态调整变化,形成了时间与空间的演化图象,分析了唐山地震前后大区域应力场的动态调整变化特征。     

水井水位的气压效率和降水荷载效率之间的定量关系

本文以完全弹性介质为基础,从弹性理论和地下流体动力学理论导出承压井气压效率和降水荷载效率之间的定量关系。并从弹性理论出发推论得出:气压应力通过含水层上覆地层向含水层传递时,应力的衰减是次要的,可以忽略的。也就是说,在一般气压这样小的变化范围内,水井含水层对气压变化的响应,可以用完全弹性介质来描述它。     

基于数值模拟与含水层垂向应力反演的静乐井水位异常分析

利用数值模拟与含水层垂向应力反演的方法,对降雨与河流荷载作用下静乐井区应力进行定量计算,并从区域应力场与同一构造区其他前兆测项变化特征对2种方法计算结果进行分析。数值模拟结果显示,降雨与河流荷载的共同作用使静乐井所在区域产生的最大垂向位移约为0.7mm,最大垂向应力约为30hPa;同时段静乐井-含水层垂向应力反演结果显示静乐井-含水层最大垂向应力约为79hPa;数值模拟与静乐井-含水层垂向应力反演结果均表明,静乐井水位高值异常与同时段降雨量增多、河流荷载效应增强关系密切,但2种结果存在一定差异。通过可反映井区应力场变化特征的山西地震带3级地震缺震和b值、穿过静乐井的GPS基线、地震矩释放、同一构造单元同时段其他前兆测项与静乐井水位高值异常对比等分析结果可知,2017年静乐井水位高值异常期间井区应力场存在显著异常,推测静乐井水位高值异常除受降雨与河流荷载作用的影响外,也可能受构造活动增强的影响。     

大华北地区应力场在汶川地震时的变化研究

利用大华北地区在汶川8级地震时有水位阶变的31口并孔的观测资料,通过计算各井水位系统的观测格值,进而估算了震时引起大华北地区应力场的调整变化.研究发现汶川地震后大华北中部地区的压应力得到增强,大华北东部和南部地区则表现为应力降低,对未来大华北地区的地震危险性预测应具有一定参考价值.     

Co-seismic multilayer water temperature and water level changes associated with Wenchuan and Tohoku-Oki earthquakes in the Chuan no. 03 well,China

The present paper shows analysis of water level (the distance from the land surface to the water in the well under static condition) and water temperature observed at three different levels of Chuan no. 03 well to study the changes associated with the Wenchuan earthquake of 2008 and the 2011 Tohoku-Oki earthquake. Our analysis shows co-seismic changes in water level and water temperature associated with the increase in compressive stress associated with the Wenchuan earthquake. The water level shows an increase, whereas there was drop in water temperature at the shallow depth (395 m) and enhancement of water temperature at the middle (595 m) and the bottom (765 m) layers. However, no step change in water level or temperature of Chuan no. 03 well is observed associated with the Tohoku-Oki earthquake, only seismic wave propagation-induced water level oscillation and led to co-seismic response of water temperature. The analysis of the co-seismic responses and post-earthquake adjustment processes combined with the borehole histogram and the borehole temperature gradient data clearly show co-seismic changes in water temperature that could be closely associated with the changes in the regional stress and strain state and the distribution of the aquifer and the characteristics of the aquifer. The observed temperature variation of different layers in the borehole is likely to be controlled by the flow of water in the horizontal direction.     

远场大震的水位、水温同震响应及其机理研究

深井水温观测在中国已经开展了20年,但目前对于水温响应机理的研究还不充分。在对2004年12月26日印尼苏门答腊MS8.7地震后,中国地下流体观测井网中121个观测井水位、水温同震响应特征的研究中,作者发现了具有规律性的一类变化类型:当某些观测井水位出现振荡的时候,其同井水温绝大多数会出现几十分钟到数小时的下降—恢复过程。为了对此现象进行验证,又收集了河北唐山矿井2001年数字化以来39次远场大震水位、水温的同震响应资料,发现其具有相同的规律。在对可能造成水温下降的影响因素研究分析的基础上,提出了同震水温下降的气体脱逸模式,给出了在气泡脱逸过程中造成水温下降的2种主要影响因素,并利用此模式对部分观测现象进行了较合理的解释     

北京良乡、赵各庄井水位、水温同震响应对比研究

收集了2001年以来北京地区良乡、赵各庄井水位、水温的同震响应资料,从其同震响应特征中发现,虽然两观测井水位的响应灵敏度相差不大,但良乡井水温的灵敏度要好于赵各庄井。在对比两观测井水温日变化幅度以及气泡脱逸模型的基础上,结合两观测井含水层的水文地质特征,对于两观测井水温响应灵敏度的差异给出了较为合理的解释。     

Co-Seismic Groundwater Level Changes Induced by the May 12, 2008 Wenchuan Earthquake in the Near Field

The large scales of co-seismic water level changes in mainland China were observed in response to the tragic 2008 Ms 8.0 Wenchuan earthquake. To better understand the mechanism of these hydrogeological phenomena, groundwater-level data at 17 confined wells, with an epicentral distance of <500 km, were collected. We compare the static strain predicted by dislocation theory with the volumetric strain calculated by the tide effect of the groundwater based on poroelastic theory. The results show that the sign of the co-seismic groundwater level change is consistent with the sign predicted by dislocation theory. Additionally, the magnitude of the strain calculated by the two methods is also concordant in half of the wells. In the rest of the wells, the strains inversed from the groundwater level are one or two orders of magnitude larger than the fault dislocation model. These wells mostly have an epicenter distance larger than 300 km; therefore, the dynamic stress induced by the seismic wave may be responsible for the co-seismic water level changes in these wells. According to these results, we roughly estimate that the effect range of the static stress is approximately 300 km for the Wenchuan earthquake, and the dynamic stresses dominate beyond this epicenter distance. In addition, geological and hydrogeological conditions and other mechanisms may be responsible for these changes.     

相邻两井对大地震的不同水力响应模型研究——页岩影响分析

大地震引起了左家庄和宝坻(相距～50km)两井中截然不同的同震水位响应.我们用水位的气压和潮汐响应来分析解释此现象.结果表明,宝坻井的观测含水层中存在页岩,且此井受裂隙影响很大,储水效应较差.页岩的复杂裂隙或者各向异性可能会导致此井观测含水层处于半封闭状态,从而导致垂直向排水的发生.通过多方计算分析后,我们将这两口井划分为两种模型—1.水平流动模型;2.水平流动+垂直流动的混合流动模型.由于裂隙影响,宝坻井的观测含水层介质与外界的水力沟通性在震前就较强(震前渗透率就比较大),所以宝坻井观测含水层与外界的孔隙压差异较小,导致同震渗透率上升较小甚至没有变化,这些因素是导致该井同震水位变化幅度总是非常微小的原因.     

新疆北天山地区井水位同震响应特征分析研究

通过整理新疆北天山地区的水位观测资料,分析了2011年后发生在北天山地区的4次近场6级地震所引起的水位同震响应特征。结果显示,井孔对于近场地震的同震响应主要表现为振荡—阶变复合型、阶变型,同一地震对于不同的井孔可能呈现出不同的响应特征,同一井孔对于不同的近场地震也可能具有不同映震效果,水位对近场地震的同震响应并无固定的响应特征,而是受到多重因素的控制作用,而震后效应的各不一致,则显示出不同地震对于各个井孔附近区域应力场调整的能力。     

Co-seismic Water Level and Temperature Responses of Some Wells to Far-Field Strong Earthquakes and Their Mechanisms

The observation of water temperature in deep wells has been carried out for more than 20 years in China.However,study on the mechanism of water temperature response to earthquakes is inadequate.During the study of the co-seismic response characteristics of water level and temperature in 121 wells within the China subsurface fluid monitoring network at the time of the December 26,2004,M-S8.7 Indonesia earthquake,we found regular response characteristics,that is,when the water level in a deep well oscillates,the water temperature in the same well will mostly experience a cycle from dropping to restoration at the same time.The process will continue for dozens of minutes to several hours.In order to confirm the observed phenomenon,we collected the digital water level and temperature observation data for 39 far-field strong earthquakes from the Tangshan well in Hebei Province(with the data set beginning in 2001).The same response characteristics were observed.Based on the analysis of the influencing factors that may cause the water temperature drop,the authors suggest the gas escape mechanism for co-seismic water temperature drop and posit two main factors that influence the water temperature drop during the process of gas escape.Finally,the authors provide a rational explanation of some observed phenomena based on the mechanism.     

松散承压含水层水位的同震响应实验与数值模拟

为深入理解井水位同震响应机理,本文开展了向完整井-松散含水层系统输入由不同频率和振幅（加速度）组成的正弦波荷载的振动台实验。以实验模型为物理模型,建立了振动作用下松散承压含水层中孔隙水压力响应的流固耦合模型和含水层水流与井流的相互作用模型,并运用多物理场耦合模拟软件COMSOL Multiphysics对实验过程进行了数值模拟。实验中观测到的四种典型水位变化形态与野外场地同震井水位变化形态相似。数值模拟结果显示,本研究建立的数学模型能较好地反映松散承压含水层中孔隙水压力和水位的响应情况。本文研究对解释地下水同震响应机制、岩体渗流稳定性和安全问题具有重要意义。     

2021年漾濞MS 6.4地震云南数字化井水位同震响应特征分析

通过对漾濞M_S 6.4地震云南数字化井水位分钟值数据同震响应特征进行分析,分析观测仪器采样率对井水位映震能力的影响,并对水位同震响应机理进行初步分析。结果表明,对于漾濞M_S 6.4地震,13口同震响应观测井主要分布在震中距200 km范围内的红河断裂带北侧和小滇西地区;同震响应形态可分为阶升（上升）型、阶降（或缓降）型、阶变（阶升、阶降）—复原型等3种变化类型,阶升型同震响应幅度相对大于其他2种类型;由漾濞M_S 6.4地震烈度长轴和短轴共同划定的椭圆区域来划分此次地震静态应力和动态应力的影响范围,可以从各观测井受力状态初步分析水位同震响应变化形态的力学机理;在静态应力影响范围内,井水位同震响应主要表现为阶升变化;在静态应力影响范围以外,除以阶变（阶升、阶降）—复原变化为主外,还有阶降（缓降）、阶升变化。观测仪器采样率对井水位映震能力的影响较大,水位秒钟值数据的同震响应变化形态更加完整,但目前水位秒钟值数据的收集和使用都还在不便之处,这种情况有待改进。