山西夏县热水井氢氧稳定同位素动态特征及成因

利用山西夏县热水井水样的试验数据、SiO 2温标等,对该井氢氧稳定同位素组成特征、热水补给源以及循环深度等问题进行了研究。结果显示:①夏县热水井δ18O的变化范围为−10.10‰~−9.47‰,δD的变化范围为−72.75‰~−71.32‰;②夏县热水井氢氧稳定同位素基本位于大气降水线附近,但向右偏移大气降水线,说明夏县热水井的补给源主要为大气降水,存在一定程度的水岩作用;③夏县热水井热储温度为63.7~96.0℃,循环深度为0.95~2.4 km,补给高程为1370 m;④氢氧稳定同位素特征、水岩作用特征和循环深度揭示出夏县热水井成因为来自于中条山的大气降水沿断裂入渗,经深循环作用,在地下热储层加热并通过中条山断裂富集形成热水。研究结果可为夏县地下热水补给循环过程与地震监测研究提供了科学依据。

DTW算法在地震时间序列信息挖掘中的应用

采用DTW算法用于实现地震时间序列“异常形态”的回溯性检验与统计,以此提高地震异常信息的深度挖掘效率。随机选取太原地震监测中心站(以下简称太原站)水平摆观测的一段数据作为测试数据,验证该方法的可行性,并利用昔阳地震监测站(以下简称昔阳站)水平摆实际观测数据,自动识别出自观测以来受降雨影响的异常形态。在此基础上,将最近一次数据变化作为模板,进行回溯性检验,共提取出7次类似变化,与之前总结的异常特征一致。经分析,其中4次异常之后对应了太原盆地及其周围M3.6以上地震,运用R值评分对其进行预报效能评估,结果显示该异常形态可通过预报效能检验(R=0.52,R_(0)=0.45),其最佳预测时间为50~90 d内,可作为短期预测指标。

井-含水层系统对前驱波响应能力的分析

对山西、河北、北京和江苏地区14口观测井的前驱波记录次数进行了统计分析,并给出了前驱波记录次数占统计年份地震总次数的百分比;利用Cooper等人推导的井-含水层系统放大因子表达式,分析了井-含水层系统的特征参数与前驱波响应能力之间的关系.研究结果表明,井-含水层系统对前驱波的响应能力大小与含水层的固有周期存在一定关系,即固有周期越大,记录前驱波的能力越强;井-含水层系统对前驱波的响应能力大小还与导水系数和井孔半径平方的比值大小有关,该比值越大,响应能力越强.

汶川Ms8.0地震前山西前兆低频前驱波特征分析

对汶JiIMs8．0地震前山西地区前兆测项变化进行了分析，认为震前前兆变化主要以低频前驱波为特征，其波动的优势周期为64～128分钟；异常点的展布方向与汶川地震主破裂方向一致；低频前驱波出现的时间具有丛集性特点，主要集中在5月11日14时至16时；研究还发现前兆测项对前驱波的响应能力与测点岩石的力学性质、观测仪器的频率特征、测点所处的构造部位有一定的关系。

井水位前驱波与气压、风、降雨及强震关系的分析

对山西朔州井与静乐井水位前驱波与气压、风、降雨及强震关系进行定量、半定量统计分析的结果表明,前驱波引起的井水位变幅与气压引起的井水位的水位变幅不一致,前驱波的周期与气压、风、降雨周期不匹配,出现的时间不同步,形态差异也很大,与短时间集中降雨也无明显的对应关系。前驱波与强震之间存在较好的对应关系,对应率在50%左右。井水位前驱波现象不是气压、风、降雨等干扰因素的短期突变所造成的,可能反映了大震前震源内部信息。

亚失稳态野外观测证据

2010年1月24日,山西省河津市发生了MS4.8级地震,在此之前,山西临汾地震台VP型宽频带倾斜仪2009年的观测数据清晰地记录到与实验室岩石破裂失稳过程类似的图像:4—7月观测数据以准线性变化为主;8月出现偏离线性的非线性变化;10月达到峰值点之后开始缓慢下降,此阶段即亚失稳阶段;12月出现加速下降;12月21日转平。转平之后35d距离观测台站89km处的河津市即发生了MS4.8级地震。在准线性阶段(岩石破裂实验的应力积累阶段),发震断层及附近的Benioff应变曲线也出现同步加速现象。这表明临汾地震台VP型宽频带倾斜仪所记录的亚失稳态现象是来自震源的信息。实验室观测到的亚失稳现象可在野外观测数据中得以验证。

介休井水位异常的调查与分析

从井孔周围地下水开采量变化、大气降雨补给量变化、农田灌溉用水量变化、矿井塌方、涌水、排水和地震活动等影响因素入手 ,对 1999年至 2 0 0 0年间介休井水位的 2次突降原因进行了调查。通过初步分析 ,表明介休井水位阶降型异常具有一定的震兆性质 ,其水位的缓慢上升与突然阶降意味着介休地区断裂活动在加速。其地震预测的意义是未来一段时间山西地震带内有发生MS≥ 5

井水位前驱波现象与震源成核之间关系的研究

经仔细研究了1999～2002年间全球48次Ms≥7．0以上、中国大陆12次Ms≥6．0以上地震前山西地区5口地下水位观测井强震前的前驱波事件，给出了井水位前驱波的识别方法。从理论与实验结果分析了前驱波与震源成核过程之间的关系；根据井一含水层系统的特征参数给出了不同类型观测井对前驱波响应能力的大小；根据记录地震前驱波信息所需要的条件，初步探讨了大震前驱波远程传播的机制。

井水位长周期事件记录及其机理的讨论

选择了几口具有代表性的观测井,并对这些井孔在强震前记录到长周期波现象的特征进行了分析。从理论上对地震前的长周期事件给出了较为合理的解释,认为地震前一些敏感井水位长周期事件可能反映了断层蠕动、静地震与慢地震、断裂的预扩展和地震成核等。井—含水层系统像一个长周期地震仪,它为记录到有价值的前兆低频波提供了最佳的频率响应范围。

山西地震带热流体对强震活动的影响

以山西地震带热水点为基础资料 ,计算每个热水点的年热释放量 ,分析山西地区热水点的年热释放量与地震活动的关系。结果表明 ,热释放量低值区中小地震不活跃而强震活跃 ,高值区强震不活跃 ,而中小地震活跃。通过研究 ,还表明山西地区地壳活动所积累的能量 ,每年以热能形式释放的能量相当于一个 7.3级地震 ,这对强震的孕育起到了缓解的作用 。

多种地球物理场观测数据中亚失稳现象

20100124山西河津M4.8地震前,临汾地震台宽频倾斜仪记录到与实验室岩石破裂亚失稳过程类似图像,震源及附近地区也出现多项准同步性的短临异常。本文对这次地震前震源及附近地区多种地球物理场观测数据在发震断层黏滑失稳前不同阶段的变化特征进行了探讨。结果表明:1)震前记录到的亚失稳现象并非单点单测项,而是具有多点多物理场的群体性特征;2)这些异常出现的时间与临汾宽频倾斜仪记录的亚失稳事件时间基本同步,其形态上以大幅突变为主,时间上多集中在震前45 d左右,空间上主要集中在距震中100 km的范围内,且具有随时间从外围向震中区集中的特点;3)震前不仅在多种地球物理场观测数据中记录到类似亚失稳现象,而且在震前1~6 d一些地球物理场观测仪器还记录到与发震断层失稳前预滑有关的小事件;4)震前临汾宽频倾斜仪记录到的亚失稳现象、震源及附近地区出现多项准同步性的短临异常,是在震源及附近地区的区域应力场增强、介质特性发生改变的情况下出现的,可能与河津地震有关;5)震前多种地球物理场异常随时间推移显示出协同化的特点,即沿发震断裂方向有由外围向震中迁移和集中的特点。

井水位前驱波普遍性问题的探讨

以山西、河北、内蒙等地5口映震能力较强的地下水位观测井为研究对象,对井水位前驱波普遍性问题进行了探讨。结果表明,强震井水位前驱波现象较为普遍,其比例可达65.1%(41/63);相同地震不同观测井前驱波特征各不相同,同一观测井在不同地震前的特征也各异,这可能与不同观测井具有不同的井-含水层结构以及不同地震前有着不同的震源参数有关;与单井水震波相比,震前有前驱波记录的次数略低于水震波,其比例在39.7%～50.7%之间;震前有前驱波记录的观测井占研究区观测井总数的比例可达66.7%。

太原井水位的快速上升与构造活动的关系

利用晋祠泉域岩溶水动态模型,对太原井水位快速上升时段的水位动态进行预测,再由预测值与实际观测值的绝对误差来反演含水层的应力值。结果表明,太原井水位快速上升时段含水层应力值也持续增高,且与太原体应变压性应变加速、交城断裂南端地裂缝扩展加速以及由太原盆地小震综合机制解反演的区域应力场逆转等现象具有准同步性,它们都是在太原盆地区域应力场发生改变、盆地西部边界交城断裂活动加剧的背景下出现的。太原井水位的快速上升与构造活动增强有关。

太原井水位快速上升机理的探讨

根据多种因素对太原井水位动态影响的程度与大小,对太原井水位快速上升机理进行探讨。结果表明,太原井水位快速上升不仅与降雨量增多、晋祠泉域地下水开采量减少关系密切,而且与太原盆地应力场大小与方向改变也有一定关系,是非构造因素与构造活动因素共同作用的结果。

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30h Pa;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79h Pa;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。

汶川地震前后太原盆地应力场变化特征研究

利用小震震源机制解、地震视应力、GPS测量结果等资料,对汶川地震前后太原盆地应力场变化特征进行了研究。结果表明,汶川地震对太原盆地构造应力场的影响较为显著,不仅改变了应力场的方向,也改变了应力值的大小;应力场特征由震前NNE-SSW向拉张应力的局部小区域应力场为主,转为震后NEE-SWW向挤压应力为主且接近华北地区应力场。该变化态势有利于局部应变能积累,因而可能是太原盆地中小地震活跃的诱发因素。

静乐井水位前驱波重现性问题探讨

以山西静乐井为研究对象,对井水位前驱波重现性问题进行了探讨。结果表明,相似地震前前驱波起始时间和波动周期在一定范围内具有较强的重现性,其比例可达63.1%;部分相似地震前前驱波的波动形态和幅度也存在一定的相似性,但在研究范围内前驱波各项特征均相似的地震尚未发现,其原因可能与前驱波的成因、传播途径、相似地震的震源区特征等因素有关。

运城东郭流体观测井震兆特征及映震灵敏性分析

对东郭流体观测井在山西地震带几次4级以上地震前的异常特征及映震灵敏性进行分析,认为震前多以短临异常为主,异常持续时间具有随震级增大而增加的特点;异常形态水位以突降为主,水温则以突升为主,异常幅度表现为随震级增大而增大、随震中距减小而增大的特点;除汶川地震外,东郭井水位、水温所对应的地震均发生在山西地震带上;东郭流体观测井以其特有的不变径成井工艺、特殊的构造部位(中条山北缘活动带)等优势条件,对山西地震带地壳应力应变等微动态信息具有较灵敏的响应。

基于应力场的山西北部前兆异常可靠性分析

代县水准、代县地电、定襄水氡和静乐水位等异常作为山西北部地震趋势预测主要依据,这些前兆异常起始时间跨度长、差异大,甚至同一观测台站不同观测手段的异常所表现的物理意义也不相同。以往前兆异常识别依靠的是单一手段的现场调查和震例研究成果,很少与其他前兆观测手段结合起来进行综合研究,特别是从区域应力场的角度进行异常机理分析,因此,异常信度也相对较低。如何有效甄别这些异常的可靠性,必需依靠场上信息,从区域应力场来解析这些差异性。

山西及邻区地下水位中短期异常识别标志及预报方法研究

采用了“九五”地震科技攻关地下水物理及 EIS2 0 0 0提供的多种数据处理方法 ,对山西省及邻近地区的地下水位观测资料进行了处理 ,筛选出较好的数据处理方法和异常指标。研究结果表明 ,适应于地下水位数据处理的方法有模糊数学从属函数法及水位变差法 ,得出如下结论 :模糊数学从属函数法的原始数据大于 2倍均方差、从属函数 μ≥ 0 .5可视为异常 ,异常控制线为 5 % ,滑动窗长为 3,异常出现 1a左右 ,在其周围会有相应的地震发生 ;水位变差值ΔC>0 (m ) ,持续时间大于等于 12个月 。