井水位潮汐响应与小地震调制作用的关系.pdf
《井水位潮汐响应与小地震调制作用的关系.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《井水位潮汐响应与小地震调制作用的关系.pdf(21页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、书书书第 卷第 期 年 月地震地质 ,:李继业,晏锐,张思萌,等 井水位潮汐响应与小地震调制作用的关系 地震地质,():,():井水位潮汐响应与小地震调制作用的关系李继业)晏锐)张思萌)胡澜缤)孟令蕾)周晨)黑龙江省地震局,哈尔滨 )中国地震台网中心,北京 )哈尔滨市应急救援保障中心,哈尔滨 摘要地下流体在地震孕育和发生过程中发挥着至关重要的作用。文中从黑龙江地区 个水位观测井中,筛选出 年以来符合一定条件的延寿台、通河台、肇东台、甘南台和绥化北林台的井水位数据,应用维尼迪柯夫调和分析方法进行潮汐分析,得到井水位潮汐响应全日波群中的周日波潮汐因子,分析了吉林松原宁江 、地震前后周日波的高值异常
2、变化特征,并结合震源区 小地震调制比异常,进一步探讨了周日波异常与小地震调制作用的关系。结果显示:)周日波潮汐因子背景变化相对稳定,异常更容易被识别,具有较高的信噪比。)吉林松原宁江地震前,井水位潮汐响应的周日波异常具有准同步性和形态一致性,主要表现为 个及以上台站的配套性异常。)吉林松原宁江地震发生在周日波高值配套性异常结束后的 个月内,最短仅为 ,具有明显的短临特征,且异常持续时间、异常幅度与震级大小相关。)吉林松原宁江地震前震源区 小地震调制比存在低值异常,主要表现为短临特征,井水位潮汐响应的周日波异常反映构造内部应力状态的改变,小地震调制比则能更好地揭示震源区构造应力达到或接近临界状态
3、,对二者进行联合分析有助于识别和捕捉地震前兆短临异常。关键词井水位中强地震潮汐响应应力调制中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期 收稿,改回。基金项目 中国地震局地震预测开放基金项目()和中国地震局地震星火计划项目()共同资助。通讯作者:晏锐,男,年生,博士,正研级高级工程师,主要从事地震地下流体学和地震预测研究,:。引言地下流体在地震孕育和发生过程中发挥着至关重要的作用。井水位对含水层潮汐应力(应变)的响应,是井 含水层系统孔隙弹性响应和水力响应的综合(,),实际观测中主要表现为水位固体潮汐效应(曹井泉等,;孙小龙等,)。井水位对由外力作用引起的含水层介质的微小体应变均能灵敏地响应(
4、刘序俨等,),尤其是承压、封闭性好的水位观测井,更是地壳应变灵敏的指示器(,)。在地震孕育和发生过程中,震源区期李继业等:井水位潮汐响应与小地震调制作用的关系应力积累、断层错动引起应力变化,使得局部地区的地壳介质发生弹性变形,从而导致岩体中的孔隙压力和含水层介质的特性发生改变,造成井水位变化(,;,;,;晏锐等,)。因此,在地下水微动态观测中,利用井水位潮汐响应特性可识别出地震前兆异常等信息(李继业等,;晏锐等,;廖欣等,;钱建秀等,;纪春玲等,;丁风和等,)。地震的孕育和发生过程是极其复杂的,当地震孕育到达最后阶段,外部环境的触发作用就会成为关键性因素。其中,日月引潮力在地震断层面上引起的潮
5、汐应力约为 ,相比地震应力降要小得多,但其周期性加载速率却比构造应力积累速率大 个数量级,表明引潮力对处于临界应力状态的断层可能存在触发效应(,;,;,)。大量研究表明,日、月对孕震区的水平引潮力与大地震的发生密切相关,中强地震前固体潮引潮力对地震活动具有明显的调制和触发作用(黎凯武,;李延兴等,;张晶等,;雷兴林等,),前人也曾讨论了引潮力与潮汐应力对强震的触发机理(张国民等,;陈荣华等,;孙长青等,)。在地震与潮汐触发关系的研究中,分析某区域地震本身受调制触发作用的程度及地震发生前震中区附近小地震的调制异常特征是最为直观有效的方法(韩颜颜等,)。固体潮主要是由月亮对地球的引力作用所致,阴历
6、朔望前后(每月二十九、三十、初一、初二及十四、十五、十六、十七)固体潮最大,该时段固体潮诱发的小地震即是调制小地震;临近地震发生时,震源区及周围的应力水平升高,固体潮对该地区的调制作用增强,导致调制小地震数占总地震数的比例也有所增加,即小地震调制比异常(张晓东等,;王炜等,;邵媛媛等,)。研究井水位的潮汐响应与小地震的调制作用,可能是探索地震孕育和发生过程中与引潮力触发有关的地震前兆信息的有效途径。本文从黑龙江地区 个水位观测井中筛选出 年以来符合一定条件的井水位数据,应用维尼迪柯夫调和分析方法进行潮汐分析,提取周日波潮汐因子异常,并进一步探讨了井水位潮汐响应与小地震调制作用的关系,为识别和捕
7、捉地震前兆短临异常提供参考。区域构造断裂与显著地震活动作为现今中国大陆 大活动盆地之一,松辽盆地是东北地区地震活动水平最高的地质构造单元,尤其是新生代以来火山活动强烈,地震频发(邵济安等,)。松辽盆地总体呈 向展布,断裂构造发育,主要分布 向的敦密断裂()、依舒断裂()、嫩江断裂()、扶余 肇东断裂()、呼兰河断裂()和 向的南北河 勃利断裂()、松花江断裂()、滨州断裂()、阿伦河断裂()等。黑龙江地区共有 个水位观测井,分布在松辽盆地北部的主要构造断裂附近。据史料记载,年吉林松原前郭曾发生 地震(吴戈等,)。近年来,松辽盆地共发生 次 级以上地震,分别为 年 月 日吉林松原宁江 、年 月
8、日宁江 和 年 月 日宁江 地震,均发生在松辽盆地中央凹陷区的扶余 肇东断裂与松花江断裂的交会处(图 )。研究表明,吉林松原前郭地震区的发震构造与东北地区的区域构造应力场密切相关,可能与太平洋板块俯冲的远程效应有关,与油田驱油注水并不直接相关(李洪丽等,)。地震地质 卷图 区域构造断裂及显著地震活动 敦密断裂;依舒断裂;嫩江断裂;南北河 勃利断裂;扶余 肇东断裂;松花江断裂;滨州断裂;呼兰河断裂;讷谟尔河断裂;阿伦河断裂 水位观测井的筛选与数据预处理 用于潮汐分析水位观测井筛选本文首先遵循以下原则选取进行潮汐分析的水位观测井:)水位固体潮清晰、气压效应明显;)水位动态稳定,年度数据连续率、完整
9、率均在 以上;)观测井孔条件好,周边环境干扰少,受降雨影响小;)观测井位于构造断裂上或构造交会处附近。最终选取延寿台、通河台、肇东台、甘南台、绥化北林台的井水位数据用于潮汐分析,以上各水位井的基本情况见图 和表 。表 水位观测井的基本情况 序号台站井深 观测深度 观测层岩性承压水类型水化学类型所处构造部位同井测项甘南 古近 新近系玄武岩孔隙承压水 嫩江断裂与阿伦河断裂交会处水温延寿 燕山期花岗岩砾岩孔隙承压水 依舒断裂水温通河 燕山期花岗岩泥岩孔隙承压水 依舒断裂水温肇东 白垩纪泥质粉砂岩砂岩、砂砾岩层承压水 滨州断裂与扶余肇东断裂交会处水温 绥化北林 白垩系泥质粉砂岩第四纪承压水 呼兰河断裂
10、水温期李继业等:井水位潮汐响应与小地震调制作用的关系 数据预处理井水位观测数据中包含的降雨、气压、地温、地表负荷等外部环境干扰及仪器漂移等观测系统信息均会对潮汐因子的计算精度产生影响,因此有必要对降雨、气压、同震响应、人工抽水、仪器维修、供电故障、系统漂移等明确原因造成的数据脉冲、阶跃等进行预处理(李继业等,;晏锐等,;刘春平等,)。从井水位原始观测曲线中可以看出,各台站水位的原始观测曲线均表现出较好的固体潮汐效应和气压效应(图 )。以肇东台井水位短期观测数据为例,根据台站的观测日志和观测环境调查,对比理论固体潮发现,水位受气压、降雨影响明显,对干扰数据进行预处理,得到剔除气压、降雨及明确干扰
11、源后的水位预处理数据曲线,用于潮汐分析(图 )。确定周日波潮汐因子的背景值潮汐因子为固体潮实测值与理论值之比,主要反映地壳介质对引潮力响应的弹性状态(乔子云等,),周日波潮汐因子则反映地壳介质在某频段上的潮汐响应特征。本文应用维尼迪柯夫调和分析方法,设定滑动步长为 、窗口为 ,对井水位(整点值)进行逐月调和分析,提取出原始观测数据的周日波成分和半日波成分。在周日波群中 波的能量约占整个周日波能量的 ,在半日波群中 波的能量约占整个半日波能量的一半,而周日波(周期范围为 )作为潮汐分析的主要频段之一,是原始观测值能量的重要组成部分(吕品姬等,)。研究表明,井水位维尼迪柯夫调和分析结果基本不受降水
12、、气压等因素的影响(王癑琪等,;张淑亮等,)。经计算发现,周日波潮汐因子相较半日波、波、波而言背景变化更为稳定,其异常更容易被识别,具有较高的信噪比(图 )。由于篇幅关系,文中仅给出肇东台 年井水位的潮汐分析曲线。确定潮汐因子的背景值是判定异常的前提。本文首先选取 年以来黑龙江及周边无 以上地震的月份,对水位无明显干扰、水位精度和连续率均较高的整点值观测数据进行潮汐分析,提取该时段周日波潮汐因子的最大值,作为各台站井水位潮汐响应周日波的背景值,并评定数据质量和观测误差。其中,逐月序列潮汐因子中误差(或相对误差)是评定固体潮观测数据质量优劣、潮汐响应函数动态稳定性的一项定量指标,中误差越小,潮汐
13、因子动态稳定性越好,水位观测数据质量也越高(李继业等,)。由于各台站所处构造位置、观测层位、井孔参数以及局部应力背景的差异,不同台站井水位对潮汐响应程度略有不同,周日波背景值也存在微小差异,其中:绥化北林台周日波背景值最大,值为 (中误差 );其次是肇东台,值为 ();甘南台周日波背景值最小,值为 ();延寿台和通河台周日波背景值较为接近,值分别为 ()和 ()。可见,周日波曲线变化相对稳定,背景趋势明显,各台站井水位潮汐响应周日波背景值均在 以内(中误差 ),基本排除观测环境差异、观测系统误差等因素对周日波异常判定的影响。周日波潮汐因子的异常提取与分析 异常提取井水位潮汐因子是评判承压水位对
14、地球应变固体潮响应灵敏度的重要参数之一,潮汐因子越大,则井水位变化对潮汐响应的灵敏度越高(唐九安等,)。与波速比相同,潮汐因子地震地质 卷书书书图 各台井水位的原始观测曲线和肇东台井水位的预处理观测曲线(整点值)()井水位的固体潮效应、气压效应(年 月);肇东台的原始水位、气压、降雨、理论固体潮及预处理水位曲线(年 月 日)期李继业等:井水位潮汐响应与小地震调制作用的关系图 年肇东台井水位不同分量的潮汐因子曲线 也是介质力学参数的函数,目前已被应用于地震预测研究中。等()的研究表明,膨胀区波速比变化达 时,倾斜潮汐因子变化可达 。根据地下流体异常震中距与震级之间的定量关系,级地震的空间映震范围
15、一般为 ,级一般为 (中国地震局监测预报司,)。本文选取周日波潮汐因子的背景值作为异常判别的下限,对各台站周边的显著地震进行梳理和分析,发现在 年吉林松原宁江 次 级以上地震发生前,黑龙江地区存在井水位周日波高值异常(图 ),震中距 范围内出现异常的台站占比为 ,主要表现为 个及以上台站的配套异常;除此之外,各台站周边 范围内未发生 级以上地震。各台站周边 范围内发生的 级地震分别为 年 月 日内蒙古扎兰屯 和 年 月 日黑龙江嫩江 地震,这 次地震发生前甘南台的井水位出现单台周日波高值异常,均不满足周日波高值配套性异常的判别条件。马宗晋()指出,当一个地区的地壳受到板块运动的作用时,地壳中会
16、有多个应力集中点,当其中某点集中的应力超过临界强度时便会发生地震。因此,地震前兆异常不只出现在未来的震中地区,而是在多个应力集中点及附近都会有地震前兆异常出现,且其空间分布也不均,甚至可能是断续的。可见,提取井水位周日波异常的配套特征是一项关键指标。年 月 日、月 日吉林松原宁江 、地震发生前,通河台、甘南台和肇东台的井水位于 月、月、月出现潮汐响应周日波高值异常,表现为中期异常,具有一定的准同步特征(图 ),配套性异常的持续时间为 。值得注意的是,年宁江 地震后,月 日 月 日甘南台的井水位再次出现周日波高值异常,其间距离甘南台 的内蒙古扎兰屯于 月 日发生了 次 地震,分析震中 范围内其他
17、台的井水位数据,并未提取出周日波高值异常,更不满足周日波配套性异常的判别条件。年 月 日吉林松原宁江发生 地震,距上一次 地震间隔 个月;月 日宁江又发生 地震。次地震前,肇东台的井水位于 月 日出现潮汐响应周日地震地质 卷图 年吉林松原宁江 、地震前的井水位周日波配套异常 图 年吉林松原宁江 、地震前的井水位周日波配套异常 波高值异常,甘南台、延寿台、通河台的井水位于 月 日同步出现周日波高值异常,均表现为短期异常,且异常形态高度一致,配套性异常的持续时间为 。其中,甘南台的异常幅度是背景值的 倍,延寿台、通河台的异常幅度是背景值的 倍。值得注意的是,距离该次地震震中最近的肇东台()最早出现
18、井水位周日波高值异常,且异常幅度最小,仅略高于背景值(图 ),这可能与肇东台位于构造断裂交会处有关。期李继业等:井水位潮汐响应与小地震调制作用的关系图 年吉林松原宁江 地震前的井水位周日波配套异常 ,年 月 日吉林松原宁江再次发生 地震,较上次 地震间隔 个月。震前,甘南台井水位于 月 日出现潮汐响应周日波高值异常,延寿台、通河台井水位于 月 日同步出现周日波高值异常,且形态高度一致,这可能与延寿台、通河台均位于依舒断裂带上且距离较近有关。另外,肇东台、绥化北林台的井水位于 月 日同步出现周日波高值异常,且形态高度一致,这可能与肇东台、绥化北林台均位于松辽盆地内部的同一构造单元内有关(图 )。
19、个台站的配套性异常持续时间为 ,均表现为短期异常。其中,异常最大值出现在肇东台,是背景值的 倍。值得注意的是,年 月 日 月 日甘南台的井水位出现周日波高值异常,该次异常持续 。该异常结束后 个月,年 月 日距甘南台 的黑龙江嫩江发生了一次 地震。但由于该次异常幅度较小,分析震中 范围内其他台的井水位数据发现,其不满足周日波配套性异常的判别条件。异常特征分析地壳介质的物性参数变化可用于分析地震前地壳岩石的弹性状态,判定孕震区应力演化由线性进入非线性阶段的短期特征(张晶等,)。在水位潮汐变化研究中,提取与地震孕育有关的含水层变化是主要目的。由图 和表 可见,吉林松原宁江 次 以上地震前至少有 个
20、台站配套出现水位潮汐响应周日波异常,本文将一组异常中最后一个台站的井水位周日波高值异常的结束时间到发震时刻的时间间隔作为该次配套性异常的等待时间。分析发现,年松原宁江 次 以上地震主要发生在周日波高值配套性异常结束后 个月内,最短仅为 ,具有明显的短临特征。关于 级地震的周日波高值异常特征及其配套性则有待后续开展进一步研究。地震地质 卷表 吉林松原宁江中强地震前井水位的周日波配套异常特征 编号台站要素 年月 日宁江 年月 日宁江 年月 日宁江 年月 日宁江 年月 日宁江 甘南台等待时间 周日波异常幅度 异常峰值与背景值之比 震中距 延寿台等待时间 周日波异常幅度 异常峰值与背景值之比 震中距
21、通河台等待时间 周日波异常幅度 异常峰值与背景值之比 震中距 肇东台等待时间 周日波异常幅度 异常峰值与背景值之比 震中距 绥化北林台等待时间 周日波异常幅度 异常峰值与背景值之比 震中距 异常持续时间指出现配套异常台站的起止时间间隔。吉林松原宁江 次 地震前,异常持续时间主要为 。其中,年宁江 地震发生前,配套异常的持续时间为 个月;年宁江 和 年宁江 地震前,配套异常的持续时间为 个月。异常持续时间越短,表明异常台站出现的时间就越集中,可能发生的地震震级也越大。另外,周日波的异常幅度与震级大小相关。年宁江 地震前,通河台、延寿台、甘南台的周日波异常峰值与背景值的比值最大,前者分别为后者的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 井水 潮汐 响应 地震 调制 作用 关系
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。