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《中国地震局工程力学研究所》 2017年
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基于井水位同震响应监测井效能评价体系研究

宋洋  
【摘要】:地震地下流体监测台网在地震监测预报中发挥了重要作用,尤其是对破坏性地震监测预报的效果与能力十分显著。然而,井网的建设与运行中也暴露了监测井监管部门层级复杂,监测井结构与质量参差不齐,观测仪器采样率低、数据缺失率高等诸多问题,严重制约了地下流体在地震监测预报中作用的充分施展。如何选择监测井的点位,如何确定地震引起的监测井水位变化的影响要素,如何对监测井效能进行评估,都是值得深入探讨和亟待解决的科学问题。在当前的形式下,地下流体监测井效能评价体系研究是具有非常重要的理论与实际意义。本文基于孔弹性理论与应变模型,以完整的典型构造单元的监测井为研究对象,依托井水位同震响应研究成果,首次尝试采用改进的FCE-AHP方法开展监测井效能定量化评价体系研究。可用于对现有地震地下流体监测井的筛选与评估,也可为在建及计划建设的地下流体监测井提供参考依据,对于同类块体构造单元的相似现象分析也具有借鉴作用。论文的主要成果如下:(1)监测井效能评价方法研究。通过对专家评价法、多目标决策方法(MODM)等7种现阶段主要的综合评价方法的评析与研究,认为改进的FCE-AHP法是最符合监测井效能评价指标特点的评价方法。利用层次分析法与变异系数法计算组合权重,并引入隶属度函数确定模糊关系矩阵,从指标赋权和综合评价隶属度计算两方面对传统法进行了修正,有效地避免了评价的主观随意性,使评价结果更为合理。(2)监测井效能评价体系研究。强调以井-含水层系统为评价主体,分析了同震与前兆对井-含水层系统的作用过程,根据监测井效能评价的基本原则及评价依据,确立了基于井水位同震响应的监测井效能评价体系。从观测背景、观测仪器与配套设施以及观测数据质量三方面,较全面地总结了监测井效能的影响因子及其评价参考值,共计29项。以此为基础对评价指标进行了初步筛选,选取了具有典型性和代表性的可量化指标20项。最终确立了多目标监测井效能综合评价的步骤,并给出了监测井效能评价指标筛选的流程。(3)典型构造单元井水位同震响应规律研究。以华北地块区为典型区进行实例研究,选取地块区161口地下流体监测井为研究对象,首先以远场大震为触发条件,采用数值分析的方法,探讨华北地块区域大尺度面状井水位同震响应规律。继而探讨不同规模断裂带附近井的响应规律。由于采用分钟值序列数据,该统计结果存在一定的局限性。(4)华北地块区同震水位变化影响要素分析。利用SPSS中的回归分析法确定井水位变化与震中距、震级的关系,采用Matlab对井水位变化进行频谱分析,揭示监测井水位同震响应频段,同时利用Baytap-G程序提取潮汐因子、振幅比与相位差,进而分析地震引起的井-含水层渗透性变化规律,并对地块区不同部位进行响应敏感度空间分析。影响要素分析结果充分体现了同震水位变化的复杂性,利用单一个指标无法真正揭示监测井对应力应变的响应能力。以上研究成果,也为华北地块区监测井效能评价指标的筛选提供参考依据。(5)华北地块区监测井效能综合评价研究。结合监测井背景资料缺失情况,计算各指标权重,将同震响应率、同震响应幅度、潮汐因子、距活动断裂带的距离、距干扰源的距离、观测井深度、井径及含水层渗透系数8个最能体现监测井效能的参数,作为典型区监测井效能的综合评价指标。利用改进的FCE-AHP法对具有同震响应的74口“十五”观测井进行评价与等级评定。总体来看,华北地块区地震地下流体水位监测井整体效能偏低,优秀井数量偏少,良好、中等井比重较大。因此,以地震监测预报为目标的地下流体监测井网优化与完善是十分有必要的。由于监测井效能评价尚处在探索阶段,本文的评价过程中存在背景资料缺失、指标参数计算干扰因素多等问题,导致评价结果存在不同程度的误差,有不足之处敬请批评指正。
【学位授予单位】:中国地震局工程力学研究所
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P315.723

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