唐山井地下水動態(tài)特征研究論文
論文以唐山地下水觀測井為研究試驗場,分析了唐山井所處的地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)環(huán)境,如大地構(gòu)造、區(qū)域地震地質(zhì)、井孔周圍水文地質(zhì)環(huán)境、井孔結(jié)構(gòu)等因素,分析了唐山井地下水和相關(guān)觀測,用統(tǒng)計學(xué)方法處理了觀測數(shù)據(jù),在井下不同深度進(jìn)行了長期水溫實驗觀測,分析了全球大震和唐山余震與唐山井地下水位、地下水溫動態(tài)變化的響應(yīng)關(guān)系,通過試驗數(shù)據(jù)的處理和理論推導(dǎo),分析地下水動態(tài)變化機(jī)理,研究地震過程和地下水動態(tài)的關(guān)系。
唐山井處于大尺度地質(zhì)構(gòu)造交匯區(qū)域,唐山斷裂帶發(fā)震斷層的轉(zhuǎn)折部位,具有相對獨立封閉性強的水文地質(zhì)單元環(huán)境,這是形成唐山井映震靈敏的地質(zhì)構(gòu)造原因。通過分析唐山余震活動的時空分布特點和深度剖面b值掃描,顯示出唐山斷裂帶深部存在巖漿活動區(qū),唐山斷裂的深淺部小震活動具有連貫性,顯示了唐山井對大區(qū)域和周邊微小的應(yīng)力變動的.靈敏響應(yīng)的地震活動性因素。論文統(tǒng)計分析了唐山井地下水及其諸多影響因素,包括氣壓、固體潮、氣溫、降水、開采、煤礦排水、爆破等,發(fā)現(xiàn)水位與氣壓、固體潮、降雨正相關(guān),與開采負(fù)相關(guān),與煤礦排水、爆破相關(guān)性較差。而氣溫與氣壓變化形態(tài)完全相反,氣溫變動影響氣壓變動來影響水位。采用水位均衡法、統(tǒng)計學(xué)方法、狀態(tài)空間模型研究消除地下水宏微觀影響因素。鑒于固體潮、氣壓等應(yīng)力影響因素對水位影響時滯極小,說明唐山井應(yīng)力傳導(dǎo)效率極高。
分析研究了唐山井水位長、短期動態(tài)在遠(yuǎn)大震、近震前后的變化特點,研究全球M≥5.5級遠(yuǎn)震同震變化,發(fā)現(xiàn)震級為主要影響因素,其次為距離、傳播路徑等因素,說明遠(yuǎn)震同震主要為井孔對地震波響應(yīng)。汶川地震主余震的同震變化研究也顯示井水位相當(dāng)于地震計,但對地震波各震的反映是地震波及傳播、井孔水文地質(zhì)環(huán)境共同作用的結(jié)果。研究唐山余震同震變化發(fā)現(xiàn)近震的同震階變也有地震波的影響,需要提高觀測分辨率進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
分析還發(fā)現(xiàn)一些遠(yuǎn)震、唐山余震震前地下水動態(tài)存在異常變化。為研究水溫同震變化機(jī)理,使用備用水溫計在唐山井不同深度做了連續(xù)9個月的水溫實驗,發(fā)現(xiàn)水溫梯度在88 m以下出現(xiàn)彎曲變化,說明該深度以下受淺層地下水向下的流動影響;對比研究水位、淺部和深部水溫對換紙、標(biāo)定、提放水漂及探頭等系列非震因素的響應(yīng),發(fā)現(xiàn)其變化與地震同震形態(tài)基本一致。結(jié)合地震波、形變數(shù)據(jù)統(tǒng)計水溫同震變化,發(fā)現(xiàn)了震級與井震距、同震幅度和震級與井震距、時間延遲與井震距的相關(guān)方程,顯示水位與水溫的同震振幅呈對數(shù)線性;分析了水溫?zé)醾鲗?dǎo)和垂直對流等熱交換作用,建立水溫同震模型,。
綜合研究表明,唐山井獨特的地質(zhì)構(gòu)造與水文地質(zhì)條件,能夠及時反映地下應(yīng)力的態(tài)變化,應(yīng)用統(tǒng)計方法去除影響因素,研究地下水位、水溫在地震前后的動態(tài)變化,可量研究地下水位、水溫與地震過程的相關(guān)機(jī)理打下基礎(chǔ)。
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