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唐山7.8级地震地下水动力环境模拟研究

曹井泉  
【摘要】: 1976年7月28日河北省唐山市发生7.8级强烈地震,造成24.2万人死亡,16.4万人受伤,经济损失100亿元,这是近百年来中国遭受到的最严重的一次破坏性地震。有关唐山地震地下水动态研究,前人已作了系统深入的工作。关于唐山地震地下水渗流场研究,目前尚无系统的理论成果。 依据地下水渗流场与应力场耦合理论,建立京、津、唐地区受构造活动影响的水文地质模型,采用有限差分方法,通过数值模拟提取唐山地震地下水渗流场异常信息。在此基础上,根据井-含水层系统对应力变化的响应,反演地震前后应力场的变化,取得了一些初步成果。 利用滨海地区井水位固体潮观测资料,通过海潮负荷改正,把潮汐引力变化对含水层渗透性能的影响作为修正系数,改进了Hsieh和Bredehoeft提出的利用固体潮效应求取含水层水文地质参数的方法,取得了比较合理的结果。 假设研究区渗流场只受重力循环作用(不考虑地震孕育过程)的影响,将数值模拟结果作为背景渗流场。结果显示,1974~1976年唐山地区模拟结果与实测结果存在显著差异,这种“差异”难以用重力作用下的地下水均衡原理来解释。初步分析认为,这种“差异”可能是区域应力场作用引起的。 通过对华北地区开采对地下水位影响的关系研究,提出了定量排除开采对水位动态影响的方法。对1972~1975年唐山地震前震源区附近地下水趋势性快速下降变化是开采干扰还是地震异常?这一多年来存在争议的问题进行了初步的定量分析。 根据井-含水层系统对潮汐变化的响应,确定含水层对应力变化的响应系数k w。结果表明,应力响应系数k w能够反映含水层的岩性和结构变化,可作为划分水文地质单元的一种新方法进行深入研究。 通过地下水动力环境(应力场)与地震活动时空演化关系研究,结果表明,在中等地震增强,蠕变释放加速,b值下降和空区形成过程中,震源区附近主压应力轴发生90°左右的转向变化。这种转折变化标志着强震孕育由中期向中短期(1年左右)过渡。在中短期阶段,应力场作用进一步增强,中等地震平静,蠕变释放加速后转平,孕震空区解体并收缩成短期空区。短期阶段应力作用减弱并向震源区收缩,震源区地震活动平静,外围中小地震增多。地震发生后,震源体破裂,岩体的膨胀作用消失,主压应力轴方向恢复。


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