山西省4口井(泉)水化学特征与水氡映震效能研究

对山西4口水化学观测井（泉）及周边地表水进行水化学和氢氧同位素分析,利用Piper图、durov图、Na-K-Mg三角图等方法研究其水化学特征及成因,得出井（泉）水岩平衡程度、热储温度、地下水循环深度及地下水补给来源详情;分析了井（泉）水氡测项映震特征,应用水氡映震效果与水岩平衡程度、地下水循环深度表现出的特征,评价了地震监测效能。评价结果显示夏县井、奇村井优于临猗井,适于开展地震水化学观测;定襄泉应用该水化学方法评价尚存不足之处,需要探索适用于该类观测泉点的物理与化学相结合的评价方法。     

贺兰山东麓断裂地下水水文地球化学特征

以贺兰山东麓断裂带内地下水为研究对象,运用Piper三线图、离子比值等方法对研究区内丰水期与枯水期地下水的水化学特征进行分析,探讨了断裂与水化学组成及地震活动的关系,并建立贺兰山东麓地区地下水成因模型。结果表明：(1)区域地下水总体偏弱碱性,阳离子以Ca²⁺和Na⁺为主,阴离子以HCO^-₃和SO^2-₄为主;(2)区域地下水主要受大气降水补给,补给高程为1.07～2.04 km。Na-K-Mg三角图显示,研究区地下水为“未成熟水”。绝大多数水样的矿物饱和指数SI<0,表明区域地下水中各个离子含量大体处于未饱和状态。利用温标法估算该区域地下水的热储温度为74.6℃～114.1℃,循环深度为1.7～2.8 km;(3)地下水样中的Sr、Ba、Li等微量元素富集因子EF>1,富集程度高,其余大部分微量元素含量较低,说明当地地下水为未成熟水,矿化度低,水岩反应程度不强。(4)研究区地下水出露点主要沿贺兰山东麓断裂展布,水温、矿化度、矿物饱和指数及水循环深...     

内蒙古—辽宁交界地区地下水化学类型及其成因分析

通过对内蒙古东部—辽宁西部地区主要活动断裂带及其周边25个泉、井、河流、水库取样点的氢氧同位素组成及主要离子含量进行测试,讨论了该地区地下水的物质来源及其与地震活动的关系。结果表明：(1)研究区地下水主要来源于大气降水。水样TDS范围为40.14～1 720.87 mg/L,低矿化度(TDS<200 mg/L)水样的离子主要来源于岩石溶解和大气输入,而其它水样的离子主要来源于岩石溶解和深部流体,大气输入相对很小,但各测区深部流体的贡献有明显差别;(2)低温热水、中温热水及高温热水均为花岗岩裂隙水,其水化学类型为硫酸型和重碳酸型,富含碱性长石的火成岩溶解导致地下水富Na⁺,周围构造活动相对活跃。其中,RST水样更接近深部储水层的热水特征,表明其受深部流体影响为主;(3)NS和AES水样位于阴山北部高原区,为CO₂过饱和水,属重碳酸钠型;AES受干旱区季节性降水淋滤表层可溶盐、水体的蒸发以及深部富CO₂流体混入造成其矿化度最高;(4)KZHQ和BYNE水样分别处于碳酸盐岩含水层和含砾砂岩含水层,由于Ca^2+<...     

Na-K-Mg三角图的Matlab实现——以海南岛温泉（深井）数据分析为例

Na-K-Mg三角图常被用来评价水—岩平衡状态和区分不同类型的水样,是水化学分析的一个重要方法。基于Giggenbach等的Na-K-Mg三角图、Benjamin等的Na-K温标公式和Fournier等的K-Mg温标公式,利用Matlab平台研发一套可判断水—岩平衡状态和热储温度计算公式选取的独立程序,解决了水化数据联立分析的问题。以海南岛15个温泉(深井)数据为实例绘制Na-K-Mg三角图,得出海南温泉水样均为部分成熟水和未成熟水,所得结论与前人一致。利用Na-K-Mg三角图(不同Na-K温标公式)结果,算得HN14水样的热储温度与实际相符。可见基于Matlab研发的Na-K-Mg三角图绘制程序可信度高,实用性强,可用于评价水—岩平衡状态和热储温标的选取,并可便捷进行其他数据的联立分析。     

六盘山地区泉水地球化学特征

根据六盘山地区泉水的化学组成和氢、 氧同位素数据, 讨论了该区地下水的化学类型、 成因及其动态变化特征。 2012年11月和2014年7月在六盘山地区采集10处泉水样品, 氢氧同位素由液态水同位素分析仪测定, 离子组分浓度由离子色谱和化学滴定法测定。 水样的TDS范围为218~27508 mg/L, δ¹⁸O和δD值分别为-12.0‰~ -8.5‰, -88.5‰ ~-61.3‰。 δ¹⁸O和δD指示该区泉水来源于大气降水, 并受水循环条件及水岩反应程度的影响。 根据舒卡列夫分类法, 所采水样可划分为10种水化学类型, 受含水层岩性控制, 宁南地区的水化类型主要为SO₄-Na型, 渭北西部地区的水化类型主要为HCO₃-Ca·Mg型。 两次所采水样的离子浓度显示多数水样点的HCO^-₃具有夏高冬低的季节性变化特征, 千川村(QC)、 双井村(SJ)等因含水层赋存环境较封闭, 受降水干扰小; 硝口村(XKH)泉水的离子毫克当量比值变幅最大, 说明该泉点水岩反应程度变化较大, 易受断层带活动的影响。 研究结果确定了六盘山地区水文地球化学背景和水的来源, 为该区流体地球化学地震监测、 预测提供了背景资料。     

花岗岩水岩反应中水化学变化实验研究

大量震例表明地震前后可以观测到地下水成分的变化。 本文通过差应力下花岗岩与水反应实验模拟研究花岗岩含水层在应力积累至破裂过程中水化学组分的变化, 并探讨了地震水化异常的形成机理。 实验结果表明, 随着差应力及其加载时间的增加, 溶液中不同离子浓度均呈现不同程度的增加, 其中Na⁺、 K⁺和Cl^-的浓度变化最明显。 随着差应力的增加, 三种离子浓度分别增加到3.3、 2.5和11.6倍。 随着加载时间的增加, 三种离子浓度分别增加到3.2、 3.1和12.5倍。 这种变化可能主要与花岗岩中矿物的溶解有关, Na⁺、 K⁺和Cl^-可作为花岗岩含水层地震水化前兆监测的灵敏组分。     

2012年6月30日新源Ms6.6地震前后北天山泥火山及温泉的水化学变化

2012年6月30日新源-和静M_s6.6地震前后,新疆北天山地区的泥火山及温泉出现了明显的水化学异常。在地震前后4天内,采集了两批泥火山和温泉水样品,测定了泥火山和温泉水样的水化学参数。资料表明,泥火山喷溢水属于低温、弱碱性咸水或盐水,水化类型为CI-Na,来源于储存在封闭构造中并与干旱海相、河湖相沉围岩发生了漫长而复杂水岩作用的大气降水。温泉水为中温、弱碱性SO₄·CI-Na型淡水,形成于地表水沿断裂深循环过程中的水岩作用。安集海泥火山出现同震喷溢,震后泥水温度(T)、总矿化度(TDS)、K+、Na+及Ca2+大幅上升;独山子、白杨沟及AM02泥火山为震前喷溢,独山子、白杨沟泥火山表现为T.TDS、EC、Na+、CI的升高和K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺的降低;AM02泥火山K⁺、Mg⁺明显降低,Ca²⁺上升达223%。震后沙湾25号泉T降低7℃, TDS、电导率(EC)、K⁺、Na⁺、 Ca²⁺、 .Mg²⁺、CI^-及$SO_{4}^{2-}$升高。研究结果可用于北天山地区的地震趋势分析和改进利用各泥火山、温泉进行北天山地区地震活动性监测的水化学方法。     

从二个地下流体典型震例论台网优化与升级

对1998年张北M_S6.2与2014年鲁甸M_S6.5二个地下流体的典型震例, 进行前兆异常的重新筛选与异常特征的系统剖析, 分析了异常与地震三要素关系, 指出了异常特征与地震三要素关系的不确定性及以此实现地震预测的困难性。 从场的动态监测与源的过程追踪的地震预测的科学思路出发, 提出了中国地震地下流体台网的优化与升级的方向与方案, 其主要内容有: ① 通过对现有观测井(泉)进行筛选并增建一批新观测井(泉), 重建以强化场的动态监测为目标的全国地下流体基本台网, 该网以地下水物理化学(水位、 水温、 氡、 汞)观测为主, 井(泉)间距在西部地区为约200 km, 东部地区为约100 km, 首都圈地区为约50 km; ② 在天山带、 南北带、 郯庐地震带等地震潜在危险区, 新建5~6个地下流体局部观测网, 开展以捕捉M6.0以上地震的源兆与追踪其变化过程为目标的断层气体(含溶解气与土壤气)成网观测, 井(泉, 点)间距为约50 km左右, 进行突破地震短临预测的科学技术探索; ③ 在建设上述二个层次观测网时, 抓三项关键技术: 进一步完善与提升现有的数字化观测技术, 优化与规范观测井的内在质量, 发展气体、 离子、 流量等测项。     

山西夏县中心地震台温泉水化学特征

采集夏县中心地震台温泉水及周边水点样品进行水化学组分特征分析。利用矩形图、Na-K-Mg三角图等方法,初步分析温泉水的水质类型、水-岩平衡状态、热储温度以及循环深度等,并结合氢氧同位素组成特征,初步分析温泉水补给来源。研究表明,夏县中心地震台温泉水化类型属于Na-Cl·SO₄型,水-岩反应属于部分成熟水,热储温度为148.8℃,循环深度为3.91 km,补给源主要为大气降水,温泉为断裂型温泉。以上结果可为该台流体异常分析提供基础研究资料,为夏县地区水化研究奠定基础。     

淮北临涣矿采煤沉陷区不同水体水化学特征及其影响因素

为研究淮北临涣矿采煤沉陷区不同水体的补给水源及溶质来源,在现场调查的基础上,系统采集丰水期、平水期、枯水期沉陷区积水、地表河水和浅层地下水样进行测试分析,采用Piper三线图、Gibbs图和因子分析方法,对不同水体水化学特征及其影响因素进行讨论.结果表明:地表水水体总溶解性固体(TDS)质量浓度表现为枯水期丰水期平水期,浅层地下水表现为枯水期平水期丰水期,地表水TDS质量浓度明显高于浅层地下水.地表水中主要阴阳离子为Na~+、Cl~-和SO_4~(2-),水化学类型主要为SO_4~(2-)-Cl~--Na~+型;浅层地下水离子以HCO_3~-、Ca~(2+)和Mg~(2+)为主,表现为HCO_3~--Ca~(2+)-Mg~(2+)型.结合Gibbs图和因子分析可知,地表水受蒸发作用、地表径流以及采煤活动等因素影响,浅层地下水在一定程度上体现出大气降水和地表水补给的特点,受岩石风化作用影响较为明显.     

大凉山断裂带温泉水文地球化学特征

2010—2021年对大凉山断裂带10个温泉开展采样,测定了15个水样中的常量元素和氢氧同位素,进行温泉水文地球化学特征研究,建立了温泉水文地球化学循环模型。研究结果表明：(1)δD、δ¹⁸O的测量值分别为-86.8%～-100.54%和-11.7%～-13.7%,分布于大气降水线附近,表明大凉山断裂带温泉水主要为大气降水补给,其补给高程为2.1～2.5 km;(2)温泉水化学类型主要有HCO₃-Ca·Mg、SO₄·HCO₃-Ca·Mg、HCO₃-Ca、HCO₃-Na·Ca、HCO₃-Na和SO₄·HCO₃-Ca;(3)主量元素来自碳酸盐矿物和硅酸盐矿物的水-岩反应;(4)Na-K-Mg三角图表明该区温泉水样均为未成熟水;(5)运用硅-焓模型图解法得到该区热储温度为105.9℃～203℃,冷水混入比例约为68%～86%,其循环深度为1.9～3.9 km;(6)循环深度越深,地震活动性越强。     

漾濞6.4级地震前后大理地区温泉水化学组分特征分析

2021 年 6 月 21 日在云南省大理白族自治州漾濞县发生 M6.4 级地震。通过对大理地区主要断裂带温泉水化学组分每季度定期取样观测,分析该区地下水的化学类型、成因及其与地震活动的关系。测定、分析结果显示:洱源温泉属于 HCO₃· SO₄-Na 型水,白总旗温泉属于 HCO₃· Cl-Na 型水,高芹、剑川、永胜、漕涧温泉均属于HCO₃-Na 型水;温泉水氡水汞背景值高,具有一定的区域性;洱源,弥渡,剑川温泉可能受大理地区广泛分布的石炭—二叠系海相沉积灰岩影响,显示较高的 HCO₃^-、Ca²⁺含量;漾濞 6.4级地震前后区域内温泉水的 Cl^-、SO₄^2-、水汞、水氡含量有明显变化,白总旗温泉Cl^-,永胜、洱源温泉SO₄^2-以及高芹温泉水汞含量在漾濞6.4级地震前明显上升,震后含量显著下降,温泉水温和...     

三轴压力下水与砂岩反应的实验研究

通过饱水砂岩的三轴压缩实验, 研究了含水层砂岩的破裂过程及其伴随的水化学变化, 并探讨了砂岩在蠕变和剪切破裂过程中地震水化异常现象的形成机理。 用离子色谱仪(IC)和等离子原子发射光谱仪(ICP-OES)测定了不同压力条件下实验溶液的F^-、 Cl^-、 NO^-₃、 SO^2-₄、 Ca²⁺、 Mg²⁺、 Na⁺浓度。 饱水砂岩在差应力作用下, 随着蠕变时间延长和剪切作用的强化实验, 溶液中主要离子的浓度均有不同程度的增大, 仅Mg²⁺浓度是降低的。 F^-和Cl^-浓度变化最明显, 在2~12小时的蠕变时间内分别增大约10倍和4倍, 而随剪切作用的强化分别增大约5倍和3倍。 这种变化主要与矿物的溶解和流体包裹体的混入有关。 实验结果表明, F^-、 Cl^-和Ca²⁺可作为砂岩含水层地震水化前兆监测的灵敏组分。     

水化学分析方法在地下水异常核实中的应用

地震前兆识别中的异常核实工作是提高地震分析预报能力的重要环节。"四图一法"是地下水异常核实中有效的水化学分析方法,其中Piper图和Schoeller图用于判定地下水化学类型和补给关系,Gibbs图用于判定地下水化学成分来源,Giggenbach三角图用于判定地下水的水岩平衡状态和是否有深部活动信息,以及混合比例法用于计算地下水的混合程度。同时,介绍了水化学分析方法在异常核实应用中的水样采集、测试方法和基本原理。使用水化学分析方法,有助于判定异常的构造或非构造活动影响因素,提高异常判定的科学水平。     

基于氢氧同位素分析南昌地震台流体观测井水补给来源

在地震地下流体研究中,地下水补给及循环过程是重要的研究内容之一,氢氧同位素示踪技术是目前研究该过程的常用手段。南昌地震台流体观测井自2013年8月22日投入观测以来,其基础数据未进行有效分析,通过对南昌井水样数据进行氢氧同位素及水化学实验分析,结果表明：井水主要补给源为直接大气降雨,补给前经历了一定蒸发作用;水—岩反应不充分,属于未成熟水;水样中无明显优势阳离子,Ca²⁺、Na⁺占主体,优势阴离子为HCO₃^－,表明井水属重碳酸型水;水源补给高程约582 m。南昌地震台流体观测井总体受大气降水影响较大。     

临沂地区建成地下水监测网

山东省临沂地区地处郯庐深大断裂的中段,4条主干断裂横穿全区。为了监视震情,临沂地区地震办公室充分发挥本区的优势,广泛开展横向合作,经过两年的努力,目前已初步建成了以深、浅井相结合的地下水观测网。这个地下水观测网分深井水动态观测和宏观水动态观测。深井水动态观测主要掌握深层地下水的变化情况,研究微动态及其变化规律;宏观水动态一般采用民用井、泉,面广、控制范围较大、建井的原则是:①把深部观测与较浅部的观测结合起来,以便了解应力的分布     

利用GRACE卫星重力数据监测关中地区地下水储量变化

关中地区作为一带一路重要的工农业发达地区之一,开展针对该地区地下水储量变化的监测和分析工作对揭示地下水储量变化特征与经济社会发展具有重要现实意义.本文基于2003—2014年GRACE卫星重力场模型数据,采用组合滤波及单一尺度因子方法反演了关中地区陆地水储量变化,扣除GLDAS地表水平均结果,对关中地区地下水储量变化进行了监测分析.将陆地水储量变化与GLDAS进行相关性分析,将地下水储量变化与WGHM地下水模型及实测地下水位结果进行对比分析.研究结果表明：①关中地区陆地水变化与GLDAS模型结果具有较强的相关性,相关系数多数大于0.7,其中与模型平均结果的相关系数可达0.8.② 2003—2008年关中地区地下水呈正增长趋势,增加速率为0.25 cm·a^-1,与同期实测数据变化趋势一致;但2003—2013年地下水存在长期亏损,亏损速率为-0.37 cm·a^-1等效水高,这与同时期WGHM估算结果-0.35 cm·a^-1十分吻合.③关中地区地下水存在明显的年变化特征,在2003—2014年期间地下水减少速率为-0.44 cm·a^-1,与该地区降雨量有较好的一致性,在降雨偏少的2008、2012和2013年,地下水也显著减少.     

我国地震地下流体观测台网调整与优化方案探讨

本文首先简要介绍了我国地震地下流体观测台网的现状,然后针对其存在的主要问题提出了调整与优化的建议: ① 调整布局,重点加强我国中西部地区(105°E以西)的监测; ② 扩大规模,观测井(泉)数要达到1000个左右; ③ 全面提高观测井质量,淘汰不符合规范要求的观测井(泉),改造不完全符合规范要求的观测井,新建一批完全符合规范的观测井; ④ 优化观测项目的组合,大力发展观测井(泉)水流量观测,强化以H₂、 He、 CO₂等为主测项的断层带土壤气观测,建立断层带土壤气观测网; ⑤ 优化现有的观测模式,开展平面上的台阵式观测与垂向的多层次立体化观测; ⑥ 完善与提升现有数字化观测技术水平.      

新疆及哈萨克斯坦地下流体氦气震兆特征

分析新疆10泉、04泉及哈萨克斯坦卡帕尔—阿拉善4井、下卡姆卡井氦气(He)含量变化的源兆、场兆、远兆的映震特征,地震前兆异常表现为:上升(或下降)幅度、速率变化超出正常范围,具有较好的重复性,测值遵循背景值—趋势性上升(或突升)—恢复至背景值;趋势性下降(或突降)—恢复至背景值的变化过程.各监测点氦气异常形态、异常持续时间、异常幅度同源兆、场兆、大震远兆没有明显的关系;由于各观测点的水文地质条件和地球化学环境不同,不同监测点氦气映震能力有较大差异,其中新10号泉和卡帕尔—阿拉善4井氦气的映震能力较强.     

多频段EMIC波共振散射辐射带相对论电子的损失时间尺度研究

作为地球磁层中一种分布广泛的电磁波,电磁离子回旋波(Electromagnetic ion cyclotron waves,简称EMIC波)是地球辐射带相对论电子的重要损失机制.EMIC波通常呈现H⁺、He⁺和O⁺三种不同频段,不同频段对相对论电子的散射效应和损失时间尺度大不相同.准线性理论是定量分析不同频段EMIC波对地球辐射带相对论电子散射效应的重要工具,我们利用基于准线性理论开发的Full Diffusion Code(FDC),分别计算了H⁺、He⁺、O⁺三种频段EMIC波在不同空间范围、背景等离子体条件以及不同传播角模型下对辐射带相对论电子的弹跳平均投掷角散射系数,建立了L=1.5～7,背景等离子体参数α^*(=f_pe/f_ce)=6～30范围内的多频段EMIC波电子散射系数矩阵库.进而,我们计算了辐射带相对论电子在不同频段EMIC波散射作用下的损失时间尺度,获得了在不同磁层条件下EM...