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《利用深井地下水位动态研究大华北地区现今构造应力场状态》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、第24卷第1期地震Vol.24,No.12004年1月EARTHQUAKEJan.,2004利用深井地下水位动态研究大华北X地区现今构造应力场状态1122黄辅琼,晏锐,陈,车时,341王文旭,耿杰,顾瑾萍(1.中国地震局分析预报中心,北京100036;2.中国地震局,北京100036;3.河南省地震局,河南郑州450000;4.山东省地震局,山东济南250014)摘要:在水平层状含水层(一维)模式下,根据含水层应力与井水位变化之间的定量关系表达式,利用华北地区40多口深井水位动态变化资料,探索研
2、究华北地区现今构造应力场状态。即水位上升代表构造应力场压性增强张性减弱;水位下降代表构造应力场压性减弱张性增强。初步研究结果表明,1995～1998年华北北部地区张家口2渤海构造带和山西构造带北部水位普遍上升,MS5.0以上地震活动频繁;1999年以后华北地区水位普遍处于下降状态,反映了华北地区1999年以来构造应力场状态以张性为主,整个华北地区MS5.0以上地震活动处于相对平静状态。该结果可为华北地区地震活动性预测研究提供应力场背景信息。关键词:深井水位;构造应力场;地震活动性;大华北地区中图
3、分类号:P315.72文献标识码:A文章编号:100023274(2004)0120112207引言地壳应力的测量是一件非常复杂困难的事情,通常是通过测量应变来实现,而且耗资颇高。已有研究认为,承压含水层井水位的变化反映了含水层孔隙压力的变化,而含水层孔隙压的变化与含水层所受的压力状态有密切的关系。观测记录断层活动区附近钻井内水(流体)的压力变化,是测量深部弹性应力变化的可能方法之一。而测量钻井水位的变化是[1]研究流体压力变化的一种简单方法。由于地下水存在的普遍性、流动性与难压缩性,当它形成一
4、个封闭的承压系统时,(井水位变化)就能客观、灵敏地反映地壳中的应变状[2]态。对于封闭良好的承压含水层来说,井—含水层系统相当于高灵敏度的体应变[3],[4]仪。构造应力变化将导致孔隙体积的变化,从而造成孔隙压力的改变;井孔水位的变X收稿日期:2003208204;修改回日期:2003209217基金项目:国家基础研究重大项目前期研究专项(2001CCA02100);“十五”国家科技攻关项目(15201205206);中国地震局分析预报中心地震预报应急研究专题资助作者简介:黄辅琼(19672),
5、女,重庆市垫江人,副研究员,1993年获得硕士学位,2002年在读博士研究生,主要从事地震预测与预报、构造应力场数值模拟、构造裂缝定量描述与预测、构造应力场与油气水分布规律研究。1期黄辅琼等:利用深井地下水位动态研究大华北地区现今构造应力场状态113化量与岩石中的孔隙压力有关,进而与构造应力有关①。因此,利用已有承压深井水位连续观测资料,研究区域现今构造应力场状态将是一条既有效又经济的途径。本文通过收集整理大华北地区40多口深井水位动态观测资料,通过区域统一系统分析,结合地震发生与水位动态的关系
6、,探索研究大华北地区现今构造应力场状态。1研究方法由于井水位的灵敏度是频率的函数,可利用与频率有关的气压效应对“钻井—含水层”[5],[6]系统的灵敏度进行标定,同时滤掉气压的影响。根据承压井水位动态观测资料,可以[7],[8][4]通过含水层的参数、固体潮效应以及气压效应三种方法反演井—含水层的应力变[9]化。井水位反演的应力变化与震源机制反演的应力变化具有相同的数量级。在水平层状含水层(一维)模式下,承压井含水层应力与地壳应力之间以及含水层应力与井水位变化之[10]间具有以下定量关系:-2β
7、ρgΔσz=ΔΗ(1)nβ+(1-n)/E式中,Δσz为含水层垂直向应力的变化量,β为含水层内水的体积压缩系数,ρ为含水层内水的密度,g为重力加速度,n为含水层的空隙度,E为含水层固体骨架的杨氏模量,ΔH为含水层应力变化引起的压力水头变化量,即井水位变化量。从式(1)可看出,当井水位下降,水位变化量ΔH<0时,Δσz<0;当水位上升,ΔH>0,Δσz>0。这说明,当不考虑水平向受力变化的一维情况下,假定压应力为正,则井水位下降表明含水层相对压性减弱张性增强;反之,井水位上升表明含水层相对张性减弱
8、压性增强。因此,根据承压井水位升降趋势变化情况,可以定性分析井所在区域的应力场状态。2资料选取与处理为地震预测目的而开展的地下水位观测已经持续了30多年,相继建成了具有不同井孔深度的观测井网。在大华北地区(包括华北地区和华东的部分地区)收集了地震地下水位观测井网中40多口承压井水位近期连续日均值观测资料。井孔主要分布在山东、河南、河北、江苏、安徽和江西等地区。从区域构造上分析,这些观测井孔遍布于华北构造块体内部,其中在块体北部的张家口2渤海构造带井孔密度大(图1)。观测资料时间长度都在4年以上,
