应力加载作用引起地下水微温度场变化的研究综述

在地震地下流体动态观测中,水温对地震活动的响应非常敏感,井水温度微动态观测越来越受到有关学者的关注。本文收集了相关资料,以引起水温变化的水动力学机制为基础,从应力加载作用下渗流场的变化、渗流场变化引起地下水温度变化以及裂隙介质热量运移三个方面分别阐述了前人研究成果,旨在理清“含水层受力变形→井-含水层系统内水流变化→井水温度变化”的理论模式,探讨应力加载作用引起地下水微温度场变化的理论基础和技术途径。对这一领域研究成果的综合分析将有助于我们深入地研究地震孕育过程中的前兆成因机理。     

水温微动态形成的水热动力学与地热动力学机制

以井-含水层热系统分析为基础,结合井水温度(水温)动态观测到的实际结果,提出了水温微动态形成的两类基本机制,即水热动力学机制与地热动力学机制.水热动力学机制指井水温度的动态是由于水流动产生的热对流引起的变化;地热动力学机制指井区岩土中大地热流作用或热传导引起的井水温度变化.结果表明,多数同震响应是水热动力学机制下生成的水温微动态;水温的震后效应或变化则多是热传导或深部热流变化引起的,属于地热动力学机制下生成的水温微动态.少数水温微动态特征较为复杂,多是源于井-含水层系统中包含有多个水文地质特征差异明显的含水层,尚不能简单地用水热或地热动力学机制予以解释.     

昌黎井水温潮汐形成机理分析

昌黎井水温具有潮汐变化特征, 并且与该井水位的潮汐动态同步。 该文对比分析了井水温潮汐特征产生的可能原因。 认为井水温潮汐现象在井管内任何深度不一定都有反映, 能够显示温度潮汐周期性变化大体有两种模式: 一是井管水体具有足够大的温度梯度, 水体上下周期性运动时, 温度探头可以捕捉到水体的温度变化; 二是井-含水层系统地下水交换量的多寡引起水温同步的周期性变化。 研究结果表明, 昌黎井水温潮汐现象是次生效应, 水温潮汐动态与井孔管路特殊结构有一定关系。     

福州连江江南井水位水温同震响应变化特征及机理探讨

分析了福州连江江南井水位、水温对多次大地震的同震响应资料,该井在多次大地震后同震形态表现为水位震荡-水温下降-水温上升或水位震荡-水温上升型。分析研究表明:该井水位的同震变化幅度随着震中距的增大而衰减,随着震级的增大而增大。并进一步探讨了震后该井呈现水位震荡-水温下降-水温上升和水位震荡-水温上升两种同震现象的机理,结合前人所提出的同震响应机理,分析认为,在地震波的作用下,井水位产生振动效应,可能导致地下水向下垂直运动速率增大,上层冷水快速混入观测含水层中,引起温度快速下降,同时,由于地震波激发了井深部较热的含水层中的热流体混入井孔中,导致水温上升,震后由于水位振动停止,较热的含水层混合通道闭合,井水温通过井壁及井水间的热传递而使水温逐渐恢复到背景水平。     

基于几种应力加载方式的井水温度响应机理探讨

本文在前人研究的基础上,针对几种不同周期的应力加载方式以及井-含水层的水位、水温响应特征,对井水温度的应力加载响应机理进行了系统分类研究,总结了对于3种不同周期应力加载的水温响应机理。分别是对地震波应力加载的气体脱逸模式、裂隙渗流模式、热弥散效应模式及冷水下渗模式,对固体潮应力加载的水动力学模式以及对地震孕育阶段长周期缓慢应力加载的应力-耗散热模式等,文章中针对每一种不同方式应力加载给出了典型的观测实例并对其可能的响应机理进行了初步的探讨。     

吉水温度微动态形成的水动力学机制研究

井水温度微动态观测越来越受到有关学者的关注，已成为我国地震地下流体动态观测的主没项之一，观测结果表明，无论是水温的正常动态还是震前的异常动态的形成，用传统的热传导或对流机制难以给出合理解释。因此笔者根据观测到的事实、异常特征与同震效应等提出了水动力学机制，即含水层变形→含水层的内孔隙压力变化→井－含水层系统内水流变化→井水温度的变化。     

井水温度微动态形成的水动力学机制研究

井水温度微动态观测越来越受到有关学者的关注，已成为我国地震地下流体动态观测的主测项之一。观测结果表明，无论是水温的正常动态还是震前的异常动态的形成，用传统的热传导或热对流机制难以给出合理解释。因此笔者根据观测到的事实、异常特征与同震效应等提出了水动力学机制，即含水层变形→含水层内孔隙压力变化→井－含水层系统内水流变化→井水温度的变化。     

传感器放置深度对水温动态特征的影响及其机理分析

地热井的观测规范要求尽可能将水温传感器放置在井下深处, 一般放置深度应当大于100 m, 小于200 m。 然而, 近几年的观测结果表明, 水温传感器的放置深度对水温动态特征的影响较大。 在多数观测井中, 同井水温与水位的时值动态、 潮汐效应、 同震响应及震后阶变等动态特征的相关性或一致性, 多与水温传感器的放置深度有关。 本文主要探讨了传感器放置深度对水温动态特征的影响, 水温传感器放置在观测含水层中, 都受井—含水层间水流运动的影响, 会造成水温动态随井水位变化而变化; 当放置在观测含水层下部时, 水温动态则不受井水位变化的影响, 多表现为动态相对稳定。 其原因是水温动态的形成受水热动力学与地热动力学两种不同机制的控制, 此外, 井—含水层系统的条件也会产生影响。     

金沙江水网对日本9.0级地震的同震响应及其特征与机理

本文系统介绍了金沙江水网6口观测井水位与水温动态对日本9.0级地震的同震响应, 分析了同震响应的特征与同震响应的机理。 结果表明, 4口井水位有同震响应, 同震响应形态全是振荡, 对地震波响应的时间、 振荡的幅度、 振荡的持续时间等的差异主要取决于井-含水层系统的导水系数。 结果还表明, 3口井水温有同震响应, 响应形态是不对称的V字或U字形; 水温的先期下降是井筒内上(冷)下(热)水混合作用引起的, 后期上升是井水与围岩之间的热传导引起吸热作用的结果, 各井水温升降的幅度、 持续时间等不同, 主要是井水温度梯度与水岩热传导系数不同引起的; 后期升幅总是大于先期降幅, 这可能与地震波作用使井区大地热流增强有关。     

江苏地震观测井温度梯度与井孔构造对比

通过对江苏区域内12口地震研究水温观测井,测量井孔不同深度温度背景值,计算温度梯度;结合温度变化与井孔的地质构造,对比分析研究区内井孔水温特点。结果表明:水温梯度是水-热动力学与地热动力学综合影响的结果,井孔地质构造、含水层分布对温度梯度值存在重要影响。该研究结果可为井孔水温定量分析提供数据支撑。     

豫01井水位急剧下降原因调查与分析

通过对豫01井39年井水位动态趋势变化分析,结合对周边观测环境调查、01井含水层地下水补给与排泄情况调查与分析,得出引起2006年以来豫01井水位急剧趋势性下降的主要影响因素为地下水大量开采使用,其次为煤炭开采排水,排除地震前兆异常。      

同井不同层位水温观测同震变化机理分析

不同水温观测点由于观测环境、井孔条件、观测部位构造条件、介质条件、地下水动力条件的差异,使得水温动态呈现出不同的形态。而同一观测井内不同层位的水温由于水温传感器安置深度和井孔热源分布状态的不同,会出现不同的同震响应形态。利用小波变换算法,分析了房县三海村井不同深度的水温在3次地震中的同震响应变化,并结合该井的温度梯度、围岩特性以及含水层分布,提出一个简单的井-含水层模型。进而探讨了同井不同层位水温出现不同变化的动力学机制,初步认为其动力学机制源于水的流动产生的热对流引起的变化。     

冷水源井水温固体潮现象及其机理研究以黄村井为例

该文对黄村冷水源井的水温固体潮现象进行了观测研究,初步解释了冷水源井的水温固体潮汐的形成机理.通过对黄村观测井进行水温梯度的详细观测及不同深度水温的对比观测研究,得到了黄村井水温潮汐现象的观测结果:① 黄村冷水源井的水温固体潮的相位与水位的相位是相反的;② 黄村井水温梯度曲线呈下凹型,特别是在含水层及受含水层进出水影响较大的附近区域下凹程度大,且随着与含水层底板距离逐渐变大,下凹程度也变小;③ 水温传感器的观测值与含水层观测距离存在一定的规律性:距离含水层越远,水温潮汐差越小, 直至潮汐变化消失.这说明冷水源井与热水井的水温潮汐现象是不同的,前者是吸热过程, 后者是放热过程,由此造成二者水-热动力学特征的不同.      

中国大陆井水温度潮汐动态的统计与调和分析

用收集到的全国356个井水温度测点的数据, 分析了水温对地球固体潮汐的响应, 统计出 35个存在水温潮汐现象的测点。 利用Baytap-G调和分析方法, 计算了水温潮汐分波的振幅、 振幅比和相位差。 结果表明: 水温潮汐现象是一类较普遍的地球物理现象, 其机制与水位潮汐相关, 可用水动力学模式解释; 水温潮汐变化特征还受太阳辐射热、 含水层和地温的影响, 自流井水温记录潮汐现象的能力高于非自流井、 东部地区水温测点记录潮汐现象的能力高于西部, 与太阳辐射热的影响有关, 在含水层附近的水温测点, 其潮汐动态比其他井段显著, 在受地温影响较大的井段, 水温的潮汐变化幅度与水温梯度成正比; 水温的应力-应变灵敏度量级为0.01～10℃/10^-6m·s^-2。     

新30井新、旧观测点井水温资料初步分析

在系统清理温泉台新30号观测井水温度20多年观测资料的基础上,归纳出新30井新、旧观测点井水温动态的多年趋势和年、月、日动态类型,并对其特征进行分析。多年动态类型为下降—阶变型和下降型,年动态类型为平稳—下降型,月动态类型为平稳—下降型和平稳—上升型,日动态类型为随机起伏型。影响水温动态类型的因素有地表水的侧向补给、邻井地下水开采及观测井内的井水扰动等,此外仪器本身的不稳定性对动态类型也产生重要影响。排除各种干扰之后,仍发现井水温度有较好的映震效应。该井水温以同震或震后效应为主,对附近的中、小地震在震前也有一定的异常显示。     

江西九江2号井地震水文地球化学特征及成因

对江西省九江地震台2号观测井井水、大气降水、马尾水泉水及天花井水库水的常量化学组分、氢氧同位素及氚活度数据进行分析,讨论九江台地下水的水化学类型、成因及补给循环过程,揭示九江地震台2号井对构造活动响应灵敏的地球化学特征。研究发现九江台2号井水水化学类型为HCO₃-Ca·Mg型;氢氧同位素指示九江台2号井水属于大气降水成因型,补给高程为647 m;氚活度分析给出的地下水年龄显示九江台2号井既有老水补给又有近10年的新水补给。分析结果表明,九江台2号井既有浅表水特征又有深循环水的特征,暗示两个不同补给源的含水层通过不同循环路径上升至浅表,而深部含水层可能携带部分深部构造活动的氡,并在瑞昌—阳新M_S4.6地震前出现较显著的异常信息。     

首都圈地区井水温度的动态类型及其成因分析

在系统清理首都圈地区 11口高精度水温度观测井近 10年的观测资料的基础上 ,归纳出井水温度动态的多年趋势、年、月、日动态类型 ,并对其成因与特征进行分析。多年动态类型可归纳为平稳型、上升型、下降型、起伏型与复合型 ;年动态类型可归纳为平稳 -阶变型、上升型、下降型、起伏型 ;月动态类型可归纳为平稳型、平稳 -阶变型、平稳 -起伏型、下降 -起伏型、上升 -起伏型与复合型 ;日动态多为随机起伏型 ,但在 5口井发现有水温潮汐 ,绝大多数井中存在阶变或脉冲等。目前发现的影响水温动态类型的因素有大气降水的渗入补给、地表水的侧向补给、邻井地下水开采及观测井内的井水扰动等 ,此外仪器本身的不稳定性对动态类型也产生重要影响。认识上述的正常动态类型 ,排除各种干扰之后 ,仍发现井水温度有较好的映震效应 ,在一些中强以上地震之前有较好的短临异常 ,在一些远大震之时也有显著的同震异常 ,在个别远大震之前发现有震前异常。因此 ,深入研究井水温度的动态类型 ,有效地排除各种干扰 ,包括仪器不稳定产生的阶变或脉冲等 ,将会显著地增强井水温度动态监测的映震效能 ,有助于提高中国的地震短临预测能力     

地震波作用引起的井-含水层系统渗透率变化

正当井-含水层系统处于封闭性良好的承压体系中时,可视为一个天然体应变仪,外力作用引起含水层介质体应变的微小变化,井水位都能灵敏的做出响应。远场地震引起的井水位产生的水震波是地震波作用于井-含水层系统最直接的体现形式之一。国内外学者在水震波响应机理研究方面取得了很多进展,Cooper等(1965)研究了水位对地震波的影响因素,认为影响水位对地震波响应的因素有井孔的尺寸、含水层的导水系数、贮水系数、孔隙度以及波的类型等,并     

北京塔院井数字化观测水温的同震效应研究

基于北京塔院井数字化水温观测资料，分析了远震引起的水温同震效应，注意到塔院井水温同震变化总是具有下降－上升－恢复的过程，不受地震方位和震源机制的影响；水温同震下降幅度随震级的增大而增大，随震中距的增大而减小， 三者之间有较好的关系；震后水温后效恢复上升幅值受水位动态影响. 最后，对塔院井水温同震效应机理进行了探讨，初步研究结果显示，井孔中的水体受震荡激发而加速对流与掺混是导致水温先下降的主要原因:当井水受到地震波的作用时，对流加速，井内深部较热的水体上涌， 而浅部较冷的水体下沉，水温探头将先观测到温度下降现象； 震后水震波逐渐平息，探头附近井水温逐步恢复上升.      

井-含水层系统对固体潮的动态响应及其影响因素

长期以来对于井水位固体潮的研究主要是建立在瞬时响应基础上的,鉴于瞬时响应模型不能反映井-含水层系统对固体潮响应的真实过程及含水层水力学特性对水位潮汐的影响,本文提出了动态响应模型,系统地研究了井-含水层系统对固体潮的动态响应过程及其影响因素。通过对井水位潮汐动态过程的研究,可以了解含水层的水文地质特征。井-含水层系统作为灵敏的体应变仪,井水位异常变化反映了地下应力、应变的变化。监测地下水位变化,只有在对井水位固体潮等正常背景有了明确的认识后,才有可能从水位变化中排除正常干扰,得到可靠的异常信息。 本文将在研究含水层渗透性、贮水率、井径、含水层厚度及潮汐频率对水位潮汐影响的基础上,研究井-含水层系统对固体潮响应的动态过程,力求反映井水位潮汐的真实图象。