华北地区深井水位对飑线天气过程的水力响应

为探讨华北地区飑线天气对深井水位干扰的特征和影响机制,以2017年9月21日发生在华北中部的一次飑线事件为例,使用时频分析和线性回归等方法系统地诊断了此次飑线对无极、辛集、永清和宁晋等四口千米级深井的水位扰动特征。结果表明:在宏观层面,飑线过境各深井时会引起气压快速涌升,在气压的激励下,深井水位出现了即时的脉冲状波动,该干扰的持续时间可长达127 min;此次飑线过程中周期性气压波动的主频段为15—25 cpd,在该频段内,各深井水位与气压扰动的形态高度负相关,相关系数均低于-0.95,气压系数主要集中在-4.9—-6.9 mm/hPa之间。

2018年9月8日墨江5.9级地震云南普洱大寨流体异常特征及机理

文中梳理了2004年以来普洱大寨井连续观测的水化学离子和井-含水层渗透性异常特征。研究发现,在观测井周边250km范围内5.5级以上地震发生前,多次出现过可重复、可类比的异常变化,对地震具有较好的异常指示和预测意义。但相比以往震例,墨江5.9级地震发生前,无论是化学离子还是物理参数均出现了观测以来幅度最大的变化,异常状态较以往强烈很多,但发震的震级只有5.9级。为了研究这一现象产生的原因和机理,文中尝试从区域深部物质活动和区域应力水平2个方面对墨江5.9级地震前的异常演化过程开展讨论,得到以下认识:墨江5.9级地震前,流体异常整体呈现出较为显著的从深部到浅部、从背景到短期微观异常再到临震宏观异常的演化过程;墨江5.9级地震前,普洱大寨连续观测的水化学离子浓度异常和井-含水层渗透性的改变是由于区域内垂向剪切应力持续增强引起的含水层受挤压,从而形成了垂向的流体补给,最终引起不同含水层水体发生交替混合而产生的结果;本次异常形成初期还伴随深部物质剧烈活动的现象,较为显著的由深部到浅部的耦合作用过程可能是导致墨江5.9级地震前出现自观测以来地下流体异常幅度最显著的原因。因此,流体活动从深部开始,随着区域应力不断积累,不断向地表传递的演变过程是墨江5.9级地震前流体异常演化的本质特征;区域应力的作用方式和深部物质活动程度不同,是引起墨江5.9级地震前异常特征与研究区其他历史震例前明显不同的根本原因。文中研究为全面认识普洱大寨井地下流体异常的预测意义和地震前流体异常的深浅耦合演化过程提供了一定参考。

井水位气压效率计算方法的对比研究——以云南高大井为例

为了研究不同井水位气压效率计算方法的原理及差异性,基于2019年2月1日至2020年7月28日云南高大井的气压与水位数据,使用Clark方法、Rahi方法、回归反卷积法和Acworth方法计算了该井的气压效率BE值,分别为:0.4395、0.4968、0.6174和0.6654,平均值为0.5548。对比分析结果表明:Clark方法和Rahi方法的优点是计算简单方便,但是没有考虑时间滞后的影响;回归反卷积法可以获得BE值随滞后时间的变化情况,但是极易受到降水、蒸散发等信号的影响;Acworth方法考虑了固体潮信号并且避免了降水、蒸散发等信号的干扰,但是该方法仅适用于承压和半承压含水层中。最后,根据4种方法的特点和适用性,对不同目的下的井水位气压效应分析给出了相应的建议。

广东地震地下流体监测网质量与效能分析

依据流体学科相关评价标准,从广东地下流体观测网观测环境、观测仪器、观测质量和预测应用方面着手,结合地下流体学科台网中心提供的台站网运行监控和质量监控情况,对地下流体观测网每个观测站的观测环境、仪器的运行情况、观测仪器产出的数据的质量及其预测应用情况进行了评估。结果显示,观测站观测环境满足二类台站居多;观测数据运行率为优秀者占比:水位、水温和氡各为77.8%、63.6%和100.0%;流体仪器数据完整率全部为优秀;预测应用效能井水位和氡均为良好,水温有88.9%为良好。通过评估,较全面地分析了广东地下流体观测网存在的问题,并针对存在的不足提出改进措施及建议。

介休井水位异常变化特征分析

根据山西介休井水位2007年数字化观测以来的数据变化,梳理归纳该井水位观测曲线的正常变化形态、同震变化以及影响介休井水位变化的人为干扰和自然环境干扰因素;同时对2023年7月27日介休井水位出现的突降异常,从井区构造环境、周边地震活动、地球物理观测异常变化等方面,与典型震例前的异常变化进行对比分析,认为该异常与山西中南部中等地震前的异常在时、空、强特征方面具有较高的相似性,表明山西南部区域的构造活动、应力水平在逐步增强。

2024年云南巍山Ms4.2地震前下关温泉水温变化特征分析

2024年4月19日云南巍山发生Ms4.2地震,震前下关温泉水温出现短期的急速下降。通过分析下关温泉水温下降原因及其与巍山Ms4.2地震关系显示:水温下降变化真实可靠;水温下降阶段,温泉Mg^(2+)含量升高,其余离子含量降低。认为下关温泉水温下降为周围水管破裂、表层冷水混入导致,对破裂水管进行处理后,水温迅速回升至下降前的正常动态水平,不是云南巍山Ms4.2地震前的前兆异常信息。

基于经验模态分解的泸定6.8级地震地下水流量异常识别

基于2022年9月5日12时52分泸定6.8级地震,通过经验模态分解(EMD)方法对西昌、昭觉和盐源台站流量观测数据进行分析处理,发现3个台站异常出现时间集中在震前4~5天左右的短临阶段,异常变化形态均表现为“上升-下降-上升”类型,且西昌、昭觉和盐源台站的流量异常频段分别为3.5×10^(-7)~3.8×10^(-6) Hz、3.5×10^(-7)~3.5×10^(-6) Hz和3.8×10^(-7)~3.4×10^(-6) Hz。结果表明,EMD方法有效提高了地震前流量异常信息的获取能力,在地下水流量异常特征识别与信号分析方面具有较好的应用前景。

首都圈地区井水温度的动态类型及其成因分析

在系统清理首都圈地区 11口高精度水温度观测井近 10年的观测资料的基础上 ,归纳出井水温度动态的多年趋势、年、月、日动态类型 ,并对其成因与特征进行分析。多年动态类型可归纳为平稳型、上升型、下降型、起伏型与复合型 ;年动态类型可归纳为平稳 -阶变型、上升型、下降型、起伏型 ;月动态类型可归纳为平稳型、平稳 -阶变型、平稳 -起伏型、下降 -起伏型、上升 -起伏型与复合型 ;日动态多为随机起伏型 ,但在 5口井发现有水温潮汐 ,绝大多数井中存在阶变或脉冲等。目前发现的影响水温动态类型的因素有大气降水的渗入补给、地表水的侧向补给、邻井地下水开采及观测井内的井水扰动等 ,此外仪器本身的不稳定性对动态类型也产生重要影响。认识上述的正常动态类型 ,排除各种干扰之后 ,仍发现井水温度有较好的映震效应 ,在一些中强以上地震之前有较好的短临异常 ,在一些远大震之时也有显著的同震异常 ,在个别远大震之前发现有震前异常。因此 ,深入研究井水温度的动态类型 ,有效地排除各种干扰 ,包括仪器不稳定产生的阶变或脉冲等 ,将会显著地增强井水温度动态监测的映震效能 。

鲁甸6.5级地震地下流体典型异常与前兆机理分析

基于川滇地区前兆台网资料,结合异常现场核实工作结果,对鲁甸6.5级地震前的地下流体异常现象进行了总结。遵循地震分析预报的基本思路,按照长期、中期、短期趋势异常、临震异常和宏观异常阐述了鲁甸6.5级地震前地下流体典型异常现象。结果表明,长期和中期趋势背景异常主要出现在距震中300-500km范围,短期趋势和临震及宏观异常集中于震中区100km范围内。这种流体异常特征反映了在较高密度的观测点区域,可以观测到流体活动加剧的前兆现象,有利于判定地震危险区和短期阶段跟踪分析。区域应力加载作用可能引起的断裂带裂隙的开启与闭合,导致温泉和井水温、深部气体与承压井水位的持续变化;水岩反应加剧和地下水混合作用增强,使地下水离子组分浓度发生变化,甚至导致显著宏观异常。在一定密度的前兆观测地区,能够获取用于判定地震危险性的前兆信息。

地表水体对断层应力与地震时空分布影响的综合分析——以紫坪铺水库为例

为系统研究水库对附近地区地震活动的影响,提出了一个综合分析地震活动性与水库蓄水引起的应力变化的方法并开发了通用性较强的软件。以紫坪铺水库为例,对水库引起的应力变化与库区附近地震活动性变化的关系进行了详细分析。一方面,定量地分析了水库蓄水过程在附近断层附加的库仑应力变化;另一方面,用紫坪铺水库地震观测台网的地震目录,对包括地震发生频度、能量释放速率、b值、空间相关距离等统计参数的时间演化进行了详细解析。数值计算结果发现,无论是荷重还是孔隙压的扩散都在被认为是汶川大地震发震断层的映秀-北川断层和灌县-江油断层的库区下伏段引起了明显的库仑应力变化。地震活动统计特性的时间演化与主要断层的应力变化之间存在明确的且符合岩石力学破坏准则的相关性。据此,初步认为紫坪铺水库在其蓄水过程中对其地下的龙门山中央断层和山前断层有明显的作用。

山西朔州井水位的“前驱波”记录及其讨论

在山西省朔州井水位动态观测的原始记录图中 ,发现很多远强震前的水位慢波动现象 ,称其为井水位的“前驱波”记录 .本文介绍了典型的“前驱波”记录图象 ,初步分析了该井水位对“前驱波”的记录特征 ,发现 38%的远大强震前有这种记录 ,波动周期为数分钟至数十分钟 ,多在震前两天内出现 ;讨论了“前驱波”的成因与传播及其井水位的响应条件 ,研究了井水位“前驱波”

山东东平湖的变迁与黄河改道的关系

根据历史文献以及巨野、梁山、戴庙钻孔剖面的分析与研究及对东平湖底沉积的调查 ,确定了大野泽、梁山泊、安山湖、东平湖的沉积记录 ,提出东平湖由大野泽、梁山泊、安山湖演化而来。通过对东平湖演化与黄河决口和改道关系的分析与对比 ,指出历史时期东平湖演化历程与黄河关系密切 ,经历了黄河决口注入和改道流经湖区 ,河水注入、湖面扩大 ,河徙水退、湖面萎缩。黄河第一次大改道期间注入和一次改道流经大野泽。黄河第二次大改道期间两次注入、其中一次改道流经大野泽 ,水面北侵形成梁山泊。黄河第三次大改道期间三次决口注入 ,两次改道流经梁山泊 ,湖面进一步扩大成“八百里梁山泊” ,之后黄河仅数次决入 ,水源短缺 ,湖面萎缩。黄河第四次大改道期间未流入梁山泊 ,湖面进一步缩小。黄河第五次大改道期间曾两次注入梁山泊 ,湖面又扩大成为一片泽国 ,而后断绝黄河水源 ,被分成安山湖等北五湖 ,梁山泊岁久填淤 ,变湖为陆。黄河第六次大改道期间黄河水源断绝 ,北五湖水面北移 ,逐渐萎缩消失 ,仅安山湖经历一次黄河决入 ,并淤塞而成东平湖 ,黄河水断绝时湖底干涸 ,黄河大汛期曾倒灌入湖。

三峡井网的布设与观测井建设

介绍了我国第 1个以监测水库诱发地震的地下水前兆为目标的三峡井网布设与观测井建设的科学思路及其实施结果。由于水库蓄水引发一定震级的诱发地震时 ,会引起含水层应力应变状态及与其相关的孔隙压力变化 ,并导致观测井水位的异常变化 ,为此利用震级 (MS)、孕震断层长度(L)与应力应变场变化范围 (R)的关系确定了井数与井间距 ;井位的选择 ,主要依据了地下水动态为映震灵敏条件的科学认识 ,选择了断裂带及其应力易集中的端点、拐点与交点等特殊构造部位 ;井深与井孔结构的确定 ,遵循了在有限投资的前提下 ,尽可能揭露封闭性好的承压含水层 (带 )和尽可能减少地表水文气象因素干扰的原则。按照上述思想与原理 ,在坝区和库首区各布设了 4口井 ,井深为10 0～ 2 0 0m ,均揭露出封闭性较好的承压含水层 (带 )。初步观测结果表明 ,三峡井网的布设与观测井的建设较为成功 。

氢氧稳定同位素在地下水异常核实中的应用

在地震地下流体研究中,区别地下水是受浅层物质补给还是受深部介质活动的影响,是异常核实的主要任务。氢氧稳定同位素技术能够有效地识别地下水的来源与补给过程。文中概述了氢氧稳定同位素方法在地下水异常核实应用中的基本原理、水样采集和测试技术,列举了应用氢氧稳定同位素技术研究井水位升高和水质浑浊异常现象的实例,就氢氧稳定同位素用于核实地下水水位、水温、化学组分和宏观异常进行了简要讨论。该方法的广泛使用,有助于识别地下水异常的构造与非构造影响因素。

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。

地下流体中强震源兆、场兆和强震远兆特征及其物理成因

初步分析了乌鲁木齐 9、1 0号泉地下流体中强震源兆、场兆及强震远兆特征。结果表明 ,中强震源兆具体表现为震前 1～ 2年观测点的绝大多数主测项出现同步性高值异常 ,临震前可能出现转折或反向 ,震后恢复正常 ;绝大多数中强震场兆则表现为观测点仅有部分测项出现短期异常变化 ;而强震场兆则表现为观测点少数映震性能较好的几个测项出现同步性较好的中期前兆异常 ;强震 (群 )远兆则主要表现为个别映震较好的测项出现前兆异常。并对震兆形成的原因进行了初步探讨。

唐山井水温的同震变化及其物理解释

唐山市一口水井观测到多次同震水位振荡，以及伴之的高精度测量到的深部层水温变化．水温变化幅度与水位振荡幅度有关，水位幅度变化数厘米到一米，水温变化幅度为0．001℃～0.01℃，而且总是温度下降，震后一到数小时内水温恢复正常．我们进行了有限单元法模型计算，认为井水垂直振荡时搅动井水引起的弥散效应，是造成同震水温变化的主要原因，后续的热传导作用可以解释水温的复原过程．今后如果在不同深度同时进行高精度井水温度观测可以检验该模型.

井水位对地壳应力-应变响应灵敏度的研究

从丰镇井水位的潮汐效应、地表水体荷载效应与列车荷载效应分别计算出井水位对各类应力 应变的响应灵敏度,其结果分别是6.6×10-9体应变/mm、9.6×10-7体应变/mm与1.0×10-2体应变/mm;在此基础上,推算出该井水位在张北地震前60mm的缓升型异常相应的含水层应变与应力前兆的量级为5.76×10-5体应变与2.3kPa。

地下水潮汐现象的物理机制和统一数学方程

用新的分层承压含水层模式 ,不但考虑含水层的力学压缩性质 ,而且考虑含水层的渗流特性 ,并结合扰动信息源的频率特性 ,分别研究扰动源地球固体潮、大气潮和地表负荷潮对承压井水位和流量的影响机理 ,给出相应的偏微分方程。从方程的解释或数值解讨论扰动源与承压井含水层的力学压缩参数、渗流特性参数及与频率特性频数的关系 ,进而给出承压井水位和流量对地球固体潮、大气潮和地表负荷潮汐响应的统一数学方程及其潮汐响应函数 ,并揭示了上述几类潮汐扰动信息源对承压井水位和流量影响的物理机理。

张北地震地下流体异常场的研究

对比研究了张北MS6.2和MS5.6地震前地下流体异常时空演化特征。结合二次地震前的地震活动图像及其迁移规律,二次地震所产生的地表宏观裂度与地震的震源机制解,研究结果认为:地下流体趋势异常空间分布受区域构造格局控制;短期异常具有重复性,可能受震源机制影响;短期异常的强度、临震异常形态的差异性以及地震宏观破裂的差异性与地震强度和交替活动的构造有关;MS5.6地震应为MS6.2地震后该地区能量的进一步释放,并且是NE向构造带与近EW向构造带交替活动的结果;二次地震前的短期异常主要沿着近EW向张家口-渤海构造带分布,可能说明近EW向张家口-渤海构造带活动水平高于NE向山西构造带。