论文以唐山地下水观测井为研究试验场,分析了唐山井所处的地质构造和水文地质环境,如大地构造、区域地震地质、井孔周围水文地质环境、井孔结构等因素,分析了唐山井地下水和相关观测,用统计学方法处理了观测数据,在井下不同深度进行了长期水温实验观测,分析了全球大震和唐山余震与唐山井地下水位、地下水温动态变化的响应关系,通过试验数据的处理和理论推导,分析地下水动态变化机理,研究地震过程和地下水动态的关系。
唐山井处于大尺度地质构造交汇区域,唐山断裂带发震断层的转折部位,具有相对独立封闭性强的水文地质单元环境,这是形成唐山井映震灵敏的地质构造原因。通过分析唐山余震活动的时空分布特点和深度剖面b值扫描,显示出唐山断裂带深部存在岩浆活动区,唐山断裂的深浅部小震活动具有连贯性,显示了唐山井对大区域和周边微小的应力变动的灵敏响应的地震活动性因素。论文统计分析了唐山井地下水及其诸多影响因素,包括气压、固体潮、气温、降水、开采、煤矿排水、爆破等,发现水位与气压、固体潮、降雨正相关,与开采负相关,与煤矿排水、爆破相关性较差。而气温与气压变化形态完全相反,气温变动影响气压变动来影响水位。采用水位均衡法、统计学方法、状态空间模型研究消除地下水宏微观影响因素。鉴于固体潮、气压等应力影响因素对水位影响时滞极小,说明唐山井应力传导效率极高。
分析研究了唐山井水位长、短期动态在远大震、近震前后的变化特点,研究全球M≥5.5级远震同震变化,发现震级为主要影响因素,其次为距离、传播路径等因素,说明远震同震主要为井孔对地震波响应。汶川地震主余震的同震变化研究也显示井水位相当于地震计,但对地震波各震的反映是地震波及传播、井孔水文地质环境共同作用的结果。研究唐山余震同震变化发现近震的同震阶变也有地震波的影响,需要提高观测分辨率进行进一步的.研究。
分析还发现一些远震、唐山余震震前地下水动态存在异常变化。为研究水温同震变化机理,使用备用水温计在唐山井不同深度做了连续9个月的水温实验,发现水温梯度在88 m以下出现弯曲变化,说明该深度以下受浅层地下水向下的流动影响;对比研究水位、浅部和深部水温对换纸、标定、提放水漂及探头等系列非震因素的响应,发现其变化与地震同震形态基本一致。结合地震波、形变数据统计水温同震变化,发现了震级与井震距、同震幅度和震级与井震距、时间延迟与井震距的相关方程,显示水位与水温的同震振幅呈对数线性;分析了水温热传导和垂直对流等热交换作用,建立水温同震模型,。
综合研究表明,唐山井独特的地质构造与水文地质条件,能够及时反映地下应力的态变化,应用统计方法去除影响因素,研究地下水位、水温在地震前后的动态变化,可量研究地下水位、水温与地震过程的相关机理打下基础。
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