【摘要】：地震引起的大部分水文現(xiàn)象,包括地下水位、水溫、水化學(xué)成分和河流流量等變化,往往歸因于地殼介質(zhì)滲透性的變化,因此前人圍繞地震引起的靜應(yīng)力和地震波(動(dòng)應(yīng)力)對(duì)介質(zhì)滲透性的影響及機(jī)理開展了一系列研究。因構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,斷裂帶裂隙發(fā)育,斷裂帶滲透性作為斷層穩(wěn)定性變化及其恢復(fù)的重要指示,越來越受到學(xué)者們的關(guān)注。封閉良好的承壓含水層對(duì)應(yīng)變響應(yīng)敏感,利用井水位的潮汐響應(yīng)分析滲透性變化,成為認(rèn)識(shí)斷裂帶介質(zhì)形變變化的一種有效手段�；诰怀毕治�,開展地震引起斷裂帶滲透性變化研究,為實(shí)時(shí)獲取與地震和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相關(guān)的斷裂帶介質(zhì)物理性質(zhì)參數(shù)的時(shí)空變化信息,提供了可行的途徑,也為合理開發(fā)地下水、地?zé)�、石油、天然氣等地下資源,有效保障核廢料和有毒物質(zhì)的地下安全存儲(chǔ),提供了有效的理論支持。本研究基于井水位對(duì)引潮力的潮汐響應(yīng),利用Hsieh模型和Roeloffs模型中潮汐參數(shù)(相位差和振幅)與水動(dòng)力參數(shù)的關(guān)系,計(jì)算獲得滲透系數(shù)(導(dǎo)水系數(shù)),進(jìn)而從同震滲透性(增大/減小)變化和徑向、垂向滲透性變化,震間滲透性趨勢(shì)性變化等方面,深入分析了地震波和靜應(yīng)力作用與斷裂帶滲透性變化的關(guān)系,獲得主要結(jié)論如下:(1)分析了郯廬斷裂帶上3口監(jiān)測(cè)井的同震滲透性變化,結(jié)果表明,地震波作用下裂隙含水帶的滲透性既可能增大,也可能減小,并提供了地震波引起含水帶滲透性減小的直接證據(jù)。此外,結(jié)果顯示,引起3口井滲透性增大和減小的地震集中分布在一定方位區(qū)域,其中2口井呈現(xiàn)一定的地震波方位選擇性�？紤]到地震波方位選擇性,參考裂隙疏通導(dǎo)致滲透性增大的機(jī)理,提出了地震波通過激發(fā)沉積物和淤堵物的重新分布,導(dǎo)致導(dǎo)水裂隙淤堵,從而引起滲透性減小的機(jī)理。進(jìn)而討論認(rèn)為,斷裂帶裂隙發(fā)育的各向異性可能是影響裂隙介質(zhì)中滲透性(增大和減小)變化的地震波方位選擇性的主要因素。(2)分析了小江斷裂帶上4口監(jiān)測(cè)井的潮汐參數(shù)變化特征,在前人常用的判別方法(相位差是否大于0°)基礎(chǔ)上,進(jìn)一步結(jié)合相位差和振幅的正向或反向的變化關(guān)系,提出了更準(zhǔn)確地識(shí)別地下水流類型的方法。據(jù)此判斷昭通井所處含水層地下水流運(yùn)動(dòng)以垂向流為主,曲靖井和東川井所處含水層地下水流運(yùn)動(dòng)以徑向流為主,彌勒井所處含水層地下水流則是以垂向流為主,徑向流為輔的混合流運(yùn)動(dòng)。明確了地震引起了4口井徑向、垂向滲透性增強(qiáng)的特征,其中地震導(dǎo)致了昭通井垂向滲透性短時(shí)間增強(qiáng),曲靖井和東川徑向滲透性在一定時(shí)段內(nèi)增強(qiáng),東川井受魯?shù)榈卣鹩绊懫錆B透性發(fā)生了永久性增強(qiáng)。地震波導(dǎo)致彌勒井水平滲透性短時(shí)間明顯增強(qiáng),出現(xiàn)垂向流向徑向流的轉(zhuǎn)變,但震后又恢復(fù)至垂向流為主的水流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。提出了地震波通過疏通裂隙可導(dǎo)致彌勒井短時(shí)間內(nèi)地下水流類型的變化的機(jī)理。(3)分析了華鎣山斷裂帶上4口監(jiān)測(cè)井水位、滲透性的時(shí)空變化特征,結(jié)果顯示,北碚井水位的趨勢(shì)性變化與滲透性變化一致,該井和大足井滲透性的趨勢(shì)性下降,主要受區(qū)域壓應(yīng)力增強(qiáng)導(dǎo)致。榮昌和南溪井水位的多年趨勢(shì)性上升,可能主要受當(dāng)?shù)亟涤炅康挠绊憽Ｑ芯勘砻?滲透性的趨勢(shì)性發(fā)生變化時(shí),在排除降雨、氣壓等非構(gòu)造因素影響后,一定程度上反映了震后靜應(yīng)力的調(diào)整。據(jù)此推測(cè):2008-2018年間華鎣山斷裂帶的東北部應(yīng)力調(diào)整較大,而西南部應(yīng)力調(diào)整相對(duì)較小。其中,2008-2016年間東北部壓應(yīng)力有所增強(qiáng),張應(yīng)力出現(xiàn)減弱到增強(qiáng)的調(diào)整變化,2016-2018年間壓應(yīng)力逐漸減弱,張應(yīng)力仍以增強(qiáng)為主。本文基于斷裂帶上監(jiān)測(cè)井水位變化潮汐分析結(jié)果,探討滲透性變化與地震活動(dòng)之間關(guān)系。本研究的理論成果和方法,可為更深入理解斷裂帶的流體活動(dòng),全面認(rèn)識(shí)地震對(duì)地殼介質(zhì)滲透性影響提供理論基礎(chǔ)和分析手段,也為進(jìn)一步研究地下流體與地震的相互作用提供了一定參考。
【學(xué)位授予單位】：湖南師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P315.2
【圖文】：

基于井水位潮汐分析研究地震引起斷裂帶滲透性變化分析華鎣山斷裂帶上 4 口監(jiān)測(cè)井水位、滲透性的趨勢(shì)性變化特征，結(jié)合氣壓和降雨觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)比 GPS 形變數(shù)據(jù)，分析華鎣山斷裂帶上監(jiān)測(cè)井水位、滲透性趨勢(shì)性變化的原因，探討震間期靜態(tài)應(yīng)力作用下滲透性趨勢(shì)性變化與地表形變關(guān)系。

基于地震波振幅與地震波能量密度的關(guān)系，分析不同地震波能量密度下，斷裂帶滲透性的分布，研究地震波振幅對(duì)滲透性變化的影響，明確是否地震波振幅與滲透性變化是否存在線性/指數(shù)關(guān)系；基于不同頻率地震波隨距離的衰減差異，分析不同震中距下，斷裂帶滲透性的分布情況，研究地震波頻率對(duì)滲透性變化的影響，判斷滲透性變化是否存在頻率依賴性；基于影響滲透性變化的地震震中的空間方位分布，研究地震波的傳播方向?qū)B透性變化的影響，進(jìn)而根據(jù)滲透性變化的方向特征，分析斷裂帶的各向異性程度，探討斷裂帶各向異性對(duì)滲透性變化的影響。（5）地震引起的斷裂帶滲透性變化的機(jī)理結(jié)合水位變化、滲透性變化的時(shí)空特征，利用前人模型，明確引起斷裂帶滲透性變化的具體機(jī)理，或者在前人模型基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出引起斷裂帶滲透性變化的具體機(jī)理。

20 0 22 '/19( ) 14NH EN G = 0度。一般認(rèn)為，應(yīng)力作用下水頭對(duì)巖石形變的響應(yīng)是相位，因此，如果有巖石體膨脹觀測(cè)數(shù)據(jù)， 的值可潮力相位之差確定。垂向流含水層水頭對(duì)引潮高的響應(yīng)模型

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2798666