地下水位的分解及震前異常識別研究.pdf

1、地震是巖石在地殼運(yùn)動過程中由于應(yīng)力的不斷積累增強(qiáng)，超過了巖體所能承受的最大強(qiáng)度，于是地球內(nèi)部介質(zhì)局部發(fā)生急劇的破裂，產(chǎn)生地震波，從而在地面一定范圍內(nèi)引起振動的現(xiàn)象。大量觀測和分析研究表明，地下流體不僅能靈敏地記錄巖石的應(yīng)力-應(yīng)變變化，還可調(diào)制和引發(fā)地殼巖石的應(yīng)力-應(yīng)變變化，盡管目前還未能完全了解各種與地震有關(guān)的地下水位異常形成機(jī)理，但地震預(yù)報(bào)潛在的社會經(jīng)濟(jì)價值，隨著研究的深入和認(rèn)識水平的提高，利用地下水位的異常變化來進(jìn)行地震前兆的預(yù)報(bào)是

2、非常有意義的。
　　 本文通過對地下水位影響因素的分析，利用井-含水層系統(tǒng)巖石力學(xué)-水動力耦合理論，分析主要非構(gòu)造應(yīng)力對井水位的影響機(jī)理，推導(dǎo)出井水位分別隨引潮力和氣壓變化的解析解；然后根據(jù)非構(gòu)造應(yīng)力高頻和周期性等特征，估計(jì)井水位對各種主要非構(gòu)造應(yīng)力的響應(yīng)系數(shù)，從而從井水位數(shù)據(jù)中把引潮力、氣壓和降雨對其的影響分解出來，得到單純由構(gòu)造應(yīng)力引起的井水位變化數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，對已消除非構(gòu)造應(yīng)力(主要是氣壓、潮汐、降雨)引起的井水位變化

3、數(shù)據(jù)，結(jié)合震區(qū)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)特征，從震前構(gòu)造應(yīng)力異常變化角度出發(fā)，分析構(gòu)造應(yīng)力作用下的水位變化；同時，利用響應(yīng)系數(shù)中包含的巖石力學(xué)和水動力學(xué)物理量的變化對井水位變化的影響，分析震前水位異常成因，探討震前水位異常識別方法，為利用地下水位的動態(tài)變化預(yù)報(bào)地震提供基礎(chǔ)依據(jù)。
　　 取得如下結(jié)論：
　　 (1)井水位分別隨引潮力和氣壓變化的解析解井水位隨引潮力變化之解析解：△h=[E+(E-E)e-A△t](△Ψ2/g)。井水

4、位隨氣壓變化之解析解：△h=-(1-β)(1-e-4T△t/r2w)△p。
　　 (2)地下水位的分解
　　 通過對易門、南溪和德陽3口觀測井的數(shù)據(jù)分析，分別對易門井使用一元回歸分析方法和小波分析法、對南溪井使用二元回歸分析方法和小波分析法、對德陽井使用狀態(tài)空間分析方法和小波分析法分離非構(gòu)造因素對井水位的影響，意在檢驗(yàn)方法的可行性及對比這三種方法的分解效果。對比上述3口觀測井原始水位曲線圖和分解后的水位曲線圖，分解后的水

5、位曲線不僅更光滑且波動幅度更小，更能用來描述構(gòu)造應(yīng)力的變化。在國內(nèi)應(yīng)用回歸分析法處理地震觀測井?dāng)?shù)據(jù)已非常普遍，但狀態(tài)空間分析法和小波分析法應(yīng)用極少，所以本文對狀態(tài)空間分析法和小波分析法做了詳細(xì)的描述。
　　 (3)震前地下水位異常識別
　　 2008年5月12日14時28分，四川省汶川縣發(fā)生Ms8.0大地震，本文通過對四川邛崍、瀘沽湖、南溪、德陽和西昌等5口觀測井的數(shù)據(jù)分析，考慮到邛崍井水位對氣壓響應(yīng)很好，故采用計(jì)算氣壓

6、系數(shù)，來進(jìn)行異常識別；考慮到瀘沽湖井水位對重力固體潮響應(yīng)很好，水位的變化反應(yīng)了固體潮的變化，故采用固體潮畸變異常方法，來進(jìn)行異常識別；考慮到南溪井水位對引潮力和氣壓響應(yīng)很好，故采用二元回歸分析法和小波分析法，從原始井水位數(shù)據(jù)中分解出引潮力和氣壓的影響，進(jìn)行異常識別；對德陽井采用狀態(tài)空間分析法和小波分析法分離引潮力、氣壓和降雨的影響，進(jìn)行異常識別；對西昌井采用水位固體潮加卸載響應(yīng)比，進(jìn)行異常識別。通過對上述5口觀測井的異常識別，得到結(jié)論：