地震引起的同震地下水響應是地震水文學研究的一個熱點之一,研究同震水位響應為我們從時空尺度了解構造活動與水文地質過程的演化關系提供了重要途徑。前人提出了許多解釋同震地下水響應的機理,然而對已有的機理仍存在諸多爭論。仙女山斷裂作為三峽庫區(qū)重要孕震斷裂,在三峽工程開始蓄水后,其周邊發(fā)生了大量地震活動。通過分析其同震地下水位響應,進而研究其構造活動與水文地質過程,對認識該區(qū)地震發(fā)生機理具有重要意義。以我國三峽地下流體監(jiān)測井網(wǎng)為基礎,收集了仙女山斷裂帶三口地下流體觀測井對近年來近場和中遠場地震的響應資料。本文從同震響應和固體潮的基本原理出發(fā),從“多井對多震”等角度對所收集到的井水位數(shù)據(jù)進行分析,系統(tǒng)地研究同震水位的變化特征、影響因素。通過Baytap-G軟件對水位觀測資料進行潮汐分析,得到地震前后滲透性的變化,結合當前同震響應機制理論,逐步深入地探討研究幾次地震水位同震響應的內(nèi)在機理。本文的主要研究內(nèi)容及取得認識如下:(1)利用三峽水庫蓄水以來,仙女山斷裂帶三口地下流體觀測井數(shù)據(jù)和地震資料,選取幾次水位同震響應的典型地震,通過不同地震的地下流體觀測井水位同震響應圖像,分析了遠場地震和近場地震的同震響應特征。結果表明三口井呈現(xiàn)出復雜的同震水位響應特征,同震水位響應幅度受井點構造部位及井孔結構特征的影響。(2)基于水位同震響應數(shù)據(jù)資料,使用地震能量密度公式和多元線性回歸方法擬合計算分別得到了三口地下流體觀測井觸發(fā)同震水位響應的能量閾值以及水位響應幅度與震級、井震距的相關關系方程。結果顯示大河口井、周坪井地震能量密度小于10~(-3)J/m~3,而郭家壩井為10~(-2)J/m~3,說明大河口井、周坪井相比于郭家壩井更容易觸發(fā)水位同震響應。(3)詳細介紹了井-含水層系統(tǒng)的孔彈性響應、潮汐分析的內(nèi)容以及Baytap-G分析原理,同時基于Hsieh公式、利用Baytap-G軟件對含水層參數(shù)進行反演,對三口井潮汐振幅和相位差變化的綜合分析,結果顯示大河口和周坪井的水位與含水層水頭的孔壓耦合關系分別為過渡區(qū)和不排水區(qū),郭家壩井固體潮效應差,無法潮汐分析。大河口井在汶川地震前后的導水系數(shù)在2.5×10~(-7)m~2/s和5×10~(-7)m~2/s之間,推測可能是井孔附近的回填層的滲透性發(fā)生了變化。(4)通過最大日潮差和最大體應變值來獲取井水位的應變敏感系數(shù),并利用Coulomb計算井孔所在含水層的靜態(tài)體應變,進而估算靜態(tài)應變作用下產(chǎn)生的井水位變幅。通過與實際觀測值的對比,結果顯示估算水位變化值通常小于實際水位變幅,同時存在估算水位變幅的方向與實際變化方向相反。分析表明四次近場地震的同震水位響應可能是靜態(tài)應變和動態(tài)應變共同作用的結果。最后結合當前同震響應機制理論,探討典型地震的同震響應的內(nèi)在機理,分析表明地震引起的滲透性增大是解釋中遠場地震同震水位變化的一個可能機制,近場同震水位響應可能同時受靜態(tài)應變理論和滲透性增強機制的影響。
【學位單位】：中國地震局地震研究所
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：P315.723
【部分圖文】：

本研究技術路線

第二章 區(qū)域地質及地下流體井網(wǎng)概況.1 區(qū)域地質概況大地構造上，三峽庫區(qū)位于上揚子臺褶帶（圖 2.1）。上揚子臺褶帶地處江盆地西緣，帶內(nèi)褶皺基底出露較多，主要為古元古界崆嶺群、中-新元古界神架群和馬槽園群，震旦系不整合覆蓋其上。區(qū)域構造上，庫區(qū)受遠安地塹、秭盆地和黃陵背斜的共同控制[3][29]（何超楓, 2015; Zhang et al., 2019）。其中，黃背斜為一近南北向的穹狀的斷塊構造，神農(nóng)架地塊為寬緩的穹狀斷塊構造，而安地塹為一開闊的拗陷構造，白堊系-第三系紅層發(fā)育。以黃陵背斜為中心，庫區(qū)斷裂大致可以分為 NNW 向、NNE 至 NE 向斷裂和 向斷裂三組[30]（王秋良等,2013）。具體見下表 2-1。

圖 2.2 仙女山斷裂附近三峽地下流體觀測井井點位置圖（W5）地理坐標為 110.810°E，30.780°N，海拔為 2九畹溪斷裂和北北西向仙女山斷裂交匯部位，仙女山28.4m，其表層 0.4-7.8m 為第四系粘土層；7.8-8.3m 為奧陶系灰?guī)r夾粉質砂巖，其中含水觀測層位于 100.0

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本文編號：2807559