三峡库区仙女山断裂北段地下水位同震响应机理分析

发布时间：2020-08-28 12:09

　　 地震引起的同震地下水响应是地震水文学研究的一个热点之一,研究同震水位响应为我们从时空尺度了解构造活动与水文地质过程的演化关系提供了重要途径。前人提出了许多解释同震地下水响应的机理,然而对已有的机理仍存在诸多争论。仙女山断裂作为三峡库区重要孕震断裂,在三峡工程开始蓄水后,其周边发生了大量地震活动。通过分析其同震地下水位响应,进而研究其构造活动与水文地质过程,对认识该区地震发生机理具有重要意义。以我国三峡地下流体监测井网为基础,收集了仙女山断裂带三口地下流体观测井对近年来近场和中远场地震的响应资料。本文从同震响应和固体潮的基本原理出发,从“多井对多震”等角度对所收集到的井水位数据进行分析,系统地研究同震水位的变化特征、影响因素。通过Baytap-G软件对水位观测资料进行潮汐分析,得到地震前后渗透性的变化,结合当前同震响应机制理论,逐步深入地探讨研究几次地震水位同震响应的内在机理。本文的主要研究内容及取得认识如下:(1)利用三峡水库蓄水以来,仙女山断裂带三口地下流体观测井数据和地震资料,选取几次水位同震响应的典型地震,通过不同地震的地下流体观测井水位同震响应图像,分析了远场地震和近场地震的同震响应特征。结果表明三口井呈现出复杂的同震水位响应特征,同震水位响应幅度受井点构造部位及井孔结构特征的影响。(2)基于水位同震响应数据资料,使用地震能量密度公式和多元线性回归方法拟合计算分别得到了三口地下流体观测井触发同震水位响应的能量阈值以及水位响应幅度与震级、井震距的相关关系方程。结果显示大河口井、周坪井地震能量密度小于10~(-3)J/m~3,而郭家坝井为10~(-2)J/m~3,说明大河口井、周坪井相比于郭家坝井更容易触发水位同震响应。(3)详细介绍了井-含水层系统的孔弹性响应、潮汐分析的内容以及Baytap-G分析原理,同时基于Hsieh公式、利用Baytap-G软件对含水层参数进行反演,对三口井潮汐振幅和相位差变化的综合分析,结果显示大河口和周坪井的水位与含水层水头的孔压耦合关系分别为过渡区和不排水区,郭家坝井固体潮效应差,无法潮汐分析。大河口井在汶川地震前后的导水系数在2.5×10~(-7)m~2/s和5×10~(-7)m~2/s之间,推测可能是井孔附近的回填层的渗透性发生了变化。(4)通过最大日潮差和最大体应变值来获取井水位的应变敏感系数,并利用Coulomb计算井孔所在含水层的静态体应变,进而估算静态应变作用下产生的井水位变幅。通过与实际观测值的对比,结果显示估算水位变化值通常小于实际水位变幅,同时存在估算水位变幅的方向与实际变化方向相反。分析表明四次近场地震的同震水位响应可能是静态应变和动态应变共同作用的结果。最后结合当前同震响应机制理论,探讨典型地震的同震响应的内在机理,分析表明地震引起的渗透性增大是解释中远场地震同震水位变化的一个可能机制,近场同震水位响应可能同时受静态应变理论和渗透性增强机制的影响。
【学位单位】：中国地震局地震研究所
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P315.723
【部分图文】：

本研究技术路线

第二章 区域地质及地下流体井网概况.1 区域地质概况大地构造上，三峡库区位于上扬子台褶带（图 2.1）。上扬子台褶带地处江盆地西缘，带内褶皱基底出露较多，主要为古元古界崆岭群、中-新元古界神架群和马槽园群，震旦系不整合覆盖其上。区域构造上，库区受远安地堑、秭盆地和黄陵背斜的共同控制[3][29]（何超枫, 2015; Zhang et al., 2019）。其中，黄背斜为一近南北向的穹状的断块构造，神农架地块为宽缓的穹状断块构造，而安地堑为一开阔的拗陷构造，白垩系-第三系红层发育。以黄陵背斜为中心，库区断裂大致可以分为 NNW 向、NNE 至 NE 向断裂和 向断裂三组[30]（王秋良等,2013）。具体见下表 2-1。

图 2.2 仙女山断裂附近三峡地下流体观测井井点位置图（W5）地理坐标为 110.810°E，30.780°N，海拔为 2九畹溪断裂和北北西向仙女山断裂交汇部位，仙女山28.4m，其表层 0.4-7.8m 为第四系粘土层；7.8-8.3m 为奥陶系灰岩夹粉质砂岩，其中含水观测层位于 100.0

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本文编号：2807559