地震导致的井—含水层系统应变与地下水位变化关系研究

【摘要】：地震是地壳运动中岩石应力—应变积累与释放的结果,应变的变化过程是表征地震活动的最直接因素。地下水作为地壳中最活跃的组分之一,具有普遍性、流动性与难压缩性的特点,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仪。地下水微动态变化,是了解地下应力状态、现时构造运动及地震活动线索和探寻地震前兆的重要信息。 华北地块是中国大陆东部地震活动最强的地区,也是我国地震重点监视区域。1998年1月10日11时50分在河北省张北县发生了Ms6.2级地震。该地震发生于历史和现今地震活动水平不高的地区,是弱地震活动区的一次强震。纵观张北6.2级地震的研究历史,对于地震造成的区域地壳应变,以及应变与地下水位异常关系的研究仍然较少。 本文收集整理了华北地区张家口、延庆五里营、昌黎何家庄、孝义等11口井在张北地震发生前后一个月的整点水位观测资料,运用多项式拟合、数字滤波等方法对其进行了处理、提取出水位的固体潮成分。并通过调和分析计算出潮汐因子,进而根据水位与体应变之间的相关关系反演出含水层体的应变量。然后通过位错模型模拟出地震发生时区域内的应变场,计算出了地壳的应变量值,并与反演值进行了比对分析。 结果显示,井水位的固体潮效应主要来自于M2波的影响,沿断裂带不同展布方向,体应变变化量级有较大差异。地壳应变在区域内呈四象限分布,并且拉张区域应变要比压缩区域应变大一个数量级。采用两种方法计算得到的体应变值能够相互吻合,相互印证,说明水位固体潮效应反演体应变具有可行性,其结果具有可信性。