大华北地区应力场在汶川地震时的变化研究
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作 者 简 介 : 从 杰 ( 9 7 )女 , 杨 17 , 副研 究 员 , 要 从事 地 震 监 测 及 地 下 流 体 等研 究工 作 主
基金项 目: 江苏省地震局青 年基金项 目, 大华北地区应力场在汶JI i8级地震时的调整变化研究 , 编号 :08 4 20 0 本 文 收 到 日期 :0 10 —9 2 1-41
第 5期
杨从杰等 : 大华 北 地 区应 力 场 在 汶 川 地 震 时 的变 化 研 究
3 5
此 次汶 川地 震 的震 级较 大 , 引起多 数井 孔水 位 的剧 烈 反应 , 阶变 幅度 普 遍 较大 , 水 位 的 井
同震 响应特 征多 种多样 , 陡降 型 、 有 陡升型 、 降 型 、 缓 缓升 型 , 阶变 之后 可恢复 的 , 阶变 同 时 有 有 伴有水 震 波的 , 有单纯 阶变 型等类 型 , 与各 井孔所 在含 水层 的水 文地质 条件 有很大关 系 。总 这
井 名 焦 作 O 井 9
黑 河 桃 源
应 力 变化 / a P 35 4 1
69 4 8 一4 7 6
序 号 2 2
2 3 2 4
井 名 介 休
祁 县 夏 县
应力变化/a P 1 79 1 3 1
2 4 61 2 90 7 2
9 1 O 1 1 1 2
而 含水层 孔 隙压 的变化 与含水 层所受 应力 状态 有密 切关 系 。地 壳 内的应力 变化有 时 可影 响到 含 水层 所受 应力状 态 的变化 , 从而导 致含 水层 内水井 水 位 发生 相 应变 化 。水 井 水位 与应 力 场 的这种 变化关 系 , 为通过 震时 水井水 位变 化来 获取应 力场 变化奠 定 了物理 基础 。
地 震 地 磁 观 测 与 研 究
第3 2卷 第 5期
21 0 1年 1 O月
SEI SM 0 L0 GI CA L AN D GE0 M A GN ET I C 0BS ERVAT1 0N AND S RE EARCH V o . 2 NO.5 13 0c . t 20 11
虽然 可 以通过野 外地 质勘 探或钻 井地 质剖 面 资料 确 定 井孑 所 在地 的岩性 , L 以获 知 其体 积
模 量 , 无法 获知含 水层 的孔 隙度 , 但 也就无 法 由上 式求 出该 点井 水 位 系统 的理论 格 值 , 以取 代 观 测格值 。鉴 于井水 位 系统为 一个 天然 体应变 计 , 维尼 迪柯夫 调 和分析所 得 到的振 幅 比( 其 或 潮 汐 因子) 即为该水 井 的传递 函数 ( 敏 度) 灵 。由 于半 日波 为水 位观测 资料 的 主项 , M2波为 而
之 , 有水 位阶 变的 3 在 1口井 孔 中 ,0口井 孔水 位是上 升型 的水 位 阶变 , 1 2 有 1口井 孔水 位 是下
降型 的水位 阶变 。典 型的水 位 阶变 图形 见 图 1 图 1中 4条 曲线分 别 为 4个 台站 水 位在 2 0 , 08
年5 1 月 2日的分 钟值 曲线 。
现 为 明显 的应 力 增 大 , 就 是 说 , 华 北 中部 地 区是 汶川 地 震 后 压 应 力 增 强 区域 。郭 良迁 也 大
( 9 9 指 出, 19 ) 较大地 震都 发生 在压缩 区 内 , 而 揭示 出压缩 区是地 震 能量 的积 累区 。压 缩 区远 从
多 于地震 发生 区 , 因为 同一个 大 区域 中可 以存 在 多个 应力 集 中点 ( 宗晋 ,9 0 , 是 马 1 8 ) 压缩 区正
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左 家 庄
一1 0 72 1
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鲁O 4井
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第 5期
杨 从 杰 等 : 华 北 地 区 应力 场 在 汶川 地震 时 的 变化 研 究 大
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续表 2
序 号 6
7 8
图 1 典 型 的水 位 阶 变 图形
() 县 上 升 型 水 位 阶变 ;b 孝 义上 升 型 水 位 阶变 ;c皖 1 下 降 型 水 位 阶 变 ;d 左 家庄 下 降 型 水 位 阶变 a祁 () () 4井 ()
F g 1 Pit r s o o s imi s e a ito so t r lv l i . c u e fc — es c t p v r i n fwa e e e a
地
震
地
磁
观
测
与
研来自百度文库
究
3 卷 2
2 计算方法
刘序俨 (0 9 基 于 弹性力 学与 流体静 力学 原 理 , 20) 对承 压 含水 层 弹 性孑 隙介 质 在 作用 力 激 L
励 下做 出的体 应变 响应 的力学 机制 , 进行 较清 晰深入 的 阐述 与理 论推 导 , 到井水 位 系统 的动 得 力 学方程 。该 方程 表 明 , 井水 位系统 为一个 零 阶 的放 大环 节 , 传递 函数 为一 常 数 , 而给 出 其 从 在 含水层 孔 隙度分别 等 于 0和 等 于 1 情况 下 的井水位 系统 所允许 的理 论格 值范 围 。作 者推 导 出的井水 位 观测系 统 的理 论格 值为
半 日波 主项 。因此 , M2 灵敏 度 的倒 数作 为该 井水 位系统 的格值 较为 可取 。 以 波
Naai a rs mh n曾推证 , 固体潮 造成 的平 均主应 力变 化与体 应变 有如下 关 系
一是・
这里 , 忌是含 水层体 积模 量 的估计值 。对 于深部 封 闭含水 层系统 来说 , 一般 取 5 P 。 0G a 基 于 以上理论 方法 , 利用 维尼迪 柯夫 调和 分 析方 法 , 取各 观测 井 孔 水位 系统 的格 值 , 获 进 而 估算 水井水 位 阶变 时对 应 的应力 变化 。
1 3
张 家界 抚 松 苏 1 O井 苏 1 井 6
苏 1 8井
一59 5 2 一20 2 0 一38 8 0 2 4 18 8
2 9 89 5
2 5 2 6 z 7 2 8
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孝 义 泾 阳 洛 南 7 双王 胃南
上 海 大 学
2 5 03 6 3 5 37 4 1 4 65 6 4 0 86 1
序 号 1
2 3 4
井 名 皖1 4井
皖 2 3井 沙 河 台 杨 村 台
应 力 变化 / a P 一 l 1 14 7
1 9 00 5 114 7 28 7 6
序号 1 7
1 8 1 9 2 O
井 名 鞍 山
丹 东 变 电 邮 岩 1号井 鲁 2 井 7
一了 1一 0
_
一 一 , P + 了 一= ( 十 p g J I 彘)
上式中, h与 口分别 为 相对 于某一 时刻 的井水 位与体 应 变 的相 对变化 量 , B B 与 分 别为 岩体 与 流体 的体 积模量 , n为含水 层 的孔 隙度 , p为流 体密度 , g为重力 加速度 。
0 引 言
地 壳应力 场 的特征 , 特别 是其 大小 和方 向 , 是判 定活 动构造 和进行 地震 危 险性 预测 的重 要 因素 , 一般 可 以通 过地质 观察 、 地壳 形变 测量 、 地震 震 源机 制 解及 实 地 地应 力 测 量等 途径 来 获
取 。实 际上 , 利用震 时水 井水 位 阶变和水 井水 位 的体 应变 固体 潮效 应 也是 研 究震 时应力 场 变 化 的一 种有效 途径 。我 们知道 , 承压 含水层 内水 井水 位 的变化 可 以反 映含水 层孔 隙压 的变 化 ,
1 资料
20 0 8年 5月 1 2日在汶川 地 区发 生 M。 . 8 0特 大地 震 。此 次 地震 引起 许 多水 井 水 位 发 生
振荡 , 仅大 华北地 区就 有 3 1口井孔 的水 位 出现 同震 阶 变 , 位 阶 变 的 幅度在 几 毫米 到 上 百厘 水
米 , 中左 家庄井 水位 阶变 幅度最 大达 ,9 m。表 1 出有水 位 阶变 的 3 其 1 5c 给 1口井 孔资料 概 况 。
地下水位 的同震效应历来是 地震 地下 流体学 科 的研究 热 点 ( 虹 ,02郑 江蓉 ,05邱永 付 20 ; 20 ;
平 ,0 9 , 2 0 ) 但前人研究 多偏 重水位 同震效应 特征及机理分析 , 较少将 地下水位 的变化 同水井 含水 层 的应力 应变联 系起来 。我 国学者张 昭栋 (9 7 18 ,9 0 在利 用井水位 震 时阶变研 究应 力场 1 8 ,9 8 1 9 )
d i1 . 9 9 J i n 1 0 —2 6 2 1 . 5 0 7 o:0 3 6 /.s . 0 33 4 . 0 0 . 0 s 1
大 华 北 地 区应 力场在 汶 川地 震 时 的变化 研 究
杨 从 杰 田 韬 孟 科 肖 飞
( 中国 南 京 2 0 1 10 4江 苏 省 地 震局 ) 利 用 大 华 北 地 区 在 汶 J 级 地 震 时 有 水 位 阶 变 的 3 i8 f 1口井 孔 的 观测 资 料 , 过 计 算 各 井 水 通 位 系统 的观 测 格 值 , 而 估 算 了震 时 引起 大华 北 地 区应 力 场 的 调 整 变 化 。 研究 发 现 汶 川 地 震 后 大 进 华 北 中部 地 区 的压 应 力 得 到 增 强 , 华 北 东 部 和 南 部 地 区 则 表 现 为 应 力 降 低 , 未 来 大 华 北 地 区 大 对 的地 震 危 险性 预 测 应 具 有 一 定 参 考 价 值 。 关键 词 汶 川 地 震 ; 位 阶 变 ; 力 场 水 应 摘要
是 应力集 中多点场 的表露 。如 : 江苏 句容 苏 1 6井 所在 地 在 汶川 地 震后 是 应力 增 强 ,0 8年 7 20 月 6日江苏句 容 ML3 6地震 印证该 点 。 .
表 2 汶 川 地 震 后 各 井 孔 含 水层 的应 力 变化 量
Ta l S r s ara in o h l q f r a tr W e c ua a t b e2 te sv i to ft e wel a uie fe s n h n e rhqu ke a
3 结 果 分 析
计算 得 到的各井 孔所 在地 对应 的含水 层应 力趋 势变化 数值 见 表 2 。表 2中正值 表 示应 力
增大, 负值 表示 应力 降低 。由表 2可知 , 大华北 地 区各 井 孔震 后 的应 力 变 化差 异 较 大 , 别 井 个
孔 的应力 变化 比其他 井孔 大 1 ~2个 数量 级 , 多 数井 孑 表 现为 应力 增 大 , 1 3的井孔 表 现 且 L 约 / 为应 力 降低 , 力 降低 的区域 主要是 大华北 东部 沿海 和大 华北南 部地 区 , 大华北 中部 地 区表 应 而
一6 3 3
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苏 1 9井 苏 2 井 1 赣 州
一21 8 5 一64 8 9 一11 9 2
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余 山 杨 家 埠
一2 1 6 51 6 6
变化方 面做 出许多基础性 、 开创 性工作 , 出利用水井 水位 的固体潮 效应来反 演含水 层应力 场震 提
时变化 的方 法 , 并利用该方法研 究不 同板块之 间地震与水井水位 的响应关 系 , 分析应 力场 的震 时 变化特征 。本研究将对该方 法进行拓展 , 研究 同一板 块不 属 同一 构造 块体 的地震 与水 井水位 变 化 的响应关 系 , 分析应力场震 时变化特征 , 并对应力 场变化特征进行探 索性讨论 。
基金项 目: 江苏省地震局青 年基金项 目, 大华北地区应力场在汶JI i8级地震时的调整变化研究 , 编号 :08 4 20 0 本 文 收 到 日期 :0 10 —9 2 1-41
第 5期
杨从杰等 : 大华 北 地 区应 力 场 在 汶 川 地 震 时 的变 化 研 究
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此 次汶 川地 震 的震 级较 大 , 引起多 数井 孔水 位 的剧 烈 反应 , 阶变 幅度 普 遍 较大 , 水 位 的 井
同震 响应特 征多 种多样 , 陡降 型 、 有 陡升型 、 降 型 、 缓 缓升 型 , 阶变 之后 可恢复 的 , 阶变 同 时 有 有 伴有水 震 波的 , 有单纯 阶变 型等类 型 , 与各 井孔所 在含 水层 的水 文地质 条件 有很大关 系 。总 这
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而 含水层 孔 隙压 的变化 与含水 层所受 应力 状态 有密 切关 系 。地 壳 内的应力 变化有 时 可影 响到 含 水层 所受 应力状 态 的变化 , 从而导 致含 水层 内水井 水 位 发生 相 应变 化 。水 井 水位 与应 力 场 的这种 变化关 系 , 为通过 震时 水井水 位变 化来 获取应 力场 变化奠 定 了物理 基础 。
地 震 地 磁 观 测 与 研 究
第3 2卷 第 5期
21 0 1年 1 O月
SEI SM 0 L0 GI CA L AN D GE0 M A GN ET I C 0BS ERVAT1 0N AND S RE EARCH V o . 2 NO.5 13 0c . t 20 11
虽然 可 以通过野 外地 质勘 探或钻 井地 质剖 面 资料 确 定 井孑 所 在地 的岩性 , L 以获 知 其体 积
模 量 , 无法 获知含 水层 的孔 隙度 , 但 也就无 法 由上 式求 出该 点井 水 位 系统 的理论 格 值 , 以取 代 观 测格值 。鉴 于井水 位 系统为 一个 天然 体应变 计 , 维尼 迪柯夫 调 和分析所 得 到的振 幅 比( 其 或 潮 汐 因子) 即为该水 井 的传递 函数 ( 敏 度) 灵 。由 于半 日波 为水 位观测 资料 的 主项 , M2波为 而
之 , 有水 位阶 变的 3 在 1口井 孔 中 ,0口井 孔水 位是上 升型 的水 位 阶变 , 1 2 有 1口井 孔水 位 是下
降型 的水位 阶变 。典 型的水 位 阶变 图形 见 图 1 图 1中 4条 曲线分 别 为 4个 台站 水 位在 2 0 , 08
年5 1 月 2日的分 钟值 曲线 。
现 为 明显 的应 力 增 大 , 就 是 说 , 华 北 中部 地 区是 汶川 地 震 后 压 应 力 增 强 区域 。郭 良迁 也 大
( 9 9 指 出, 19 ) 较大地 震都 发生 在压缩 区 内 , 而 揭示 出压缩 区是地 震 能量 的积 累区 。压 缩 区远 从
多 于地震 发生 区 , 因为 同一个 大 区域 中可 以存 在 多个 应力 集 中点 ( 宗晋 ,9 0 , 是 马 1 8 ) 压缩 区正
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杨 从 杰 等 : 华 北 地 区 应力 场 在 汶川 地震 时 的 变化 研 究 大
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序 号 6
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图 1 典 型 的水 位 阶 变 图形
() 县 上 升 型 水 位 阶变 ;b 孝 义上 升 型 水 位 阶变 ;c皖 1 下 降 型 水 位 阶 变 ;d 左 家庄 下 降 型 水 位 阶变 a祁 () () 4井 ()
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究
3 卷 2
2 计算方法
刘序俨 (0 9 基 于 弹性力 学与 流体静 力学 原 理 , 20) 对承 压 含水 层 弹 性孑 隙介 质 在 作用 力 激 L
励 下做 出的体 应变 响应 的力学 机制 , 进行 较清 晰深入 的 阐述 与理 论推 导 , 到井水 位 系统 的动 得 力 学方程 。该 方程 表 明 , 井水 位系统 为一个 零 阶 的放 大环 节 , 传递 函数 为一 常 数 , 而给 出 其 从 在 含水层 孔 隙度分别 等 于 0和 等 于 1 情况 下 的井水位 系统 所允许 的理 论格 值范 围 。作 者推 导 出的井水 位 观测系 统 的理 论格 值为
半 日波 主项 。因此 , M2 灵敏 度 的倒 数作 为该 井水 位系统 的格值 较为 可取 。 以 波
Naai a rs mh n曾推证 , 固体潮 造成 的平 均主应 力变 化与体 应变 有如下 关 系
一是・
这里 , 忌是含 水层体 积模 量 的估计值 。对 于深部 封 闭含水 层系统 来说 , 一般 取 5 P 。 0G a 基 于 以上理论 方法 , 利用 维尼迪 柯夫 调和 分 析方 法 , 取各 观测 井 孔 水位 系统 的格 值 , 获 进 而 估算 水井水 位 阶变 时对 应 的应力 变化 。
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0 引 言
地 壳应力 场 的特征 , 特别 是其 大小 和方 向 , 是判 定活 动构造 和进行 地震 危 险性 预测 的重 要 因素 , 一般 可 以通 过地质 观察 、 地壳 形变 测量 、 地震 震 源机 制 解及 实 地 地应 力 测 量等 途径 来 获
取 。实 际上 , 利用震 时水 井水 位 阶变和水 井水 位 的体 应变 固体 潮效 应 也是 研 究震 时应力 场 变 化 的一 种有效 途径 。我 们知道 , 承压 含水层 内水 井水 位 的变化 可 以反 映含水 层孔 隙压 的变 化 ,
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20 0 8年 5月 1 2日在汶川 地 区发 生 M。 . 8 0特 大地 震 。此 次 地震 引起 许 多水 井 水 位 发 生
振荡 , 仅大 华北地 区就 有 3 1口井孔 的水 位 出现 同震 阶 变 , 位 阶 变 的 幅度在 几 毫米 到 上 百厘 水
米 , 中左 家庄井 水位 阶变 幅度最 大达 ,9 m。表 1 出有水 位 阶变 的 3 其 1 5c 给 1口井 孔资料 概 况 。
地下水位 的同震效应历来是 地震 地下 流体学 科 的研究 热 点 ( 虹 ,02郑 江蓉 ,05邱永 付 20 ; 20 ;
平 ,0 9 , 2 0 ) 但前人研究 多偏 重水位 同震效应 特征及机理分析 , 较少将 地下水位 的变化 同水井 含水 层 的应力 应变联 系起来 。我 国学者张 昭栋 (9 7 18 ,9 0 在利 用井水位 震 时阶变研 究应 力场 1 8 ,9 8 1 9 )
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大 华 北 地 区应 力场在 汶 川地 震 时 的变化 研 究
杨 从 杰 田 韬 孟 科 肖 飞
( 中国 南 京 2 0 1 10 4江 苏 省 地 震局 ) 利 用 大 华 北 地 区 在 汶 J 级 地 震 时 有 水 位 阶 变 的 3 i8 f 1口井 孔 的 观测 资 料 , 过 计 算 各 井 水 通 位 系统 的观 测 格 值 , 而 估 算 了震 时 引起 大华 北 地 区应 力 场 的 调 整 变 化 。 研究 发 现 汶 川 地 震 后 大 进 华 北 中部 地 区 的压 应 力 得 到 增 强 , 华 北 东 部 和 南 部 地 区 则 表 现 为 应 力 降 低 , 未 来 大 华 北 地 区 大 对 的地 震 危 险性 预 测 应 具 有 一 定 参 考 价 值 。 关键 词 汶 川 地 震 ; 位 阶 变 ; 力 场 水 应 摘要
是 应力集 中多点场 的表露 。如 : 江苏 句容 苏 1 6井 所在 地 在 汶川 地 震后 是 应力 增 强 ,0 8年 7 20 月 6日江苏句 容 ML3 6地震 印证该 点 。 .
表 2 汶 川 地 震 后 各 井 孔 含 水层 的应 力 变化 量
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3 结 果 分 析
计算 得 到的各井 孔所 在地 对应 的含水 层应 力趋 势变化 数值 见 表 2 。表 2中正值 表 示应 力
增大, 负值 表示 应力 降低 。由表 2可知 , 大华北 地 区各 井 孔震 后 的应 力 变 化差 异 较 大 , 别 井 个
孔 的应力 变化 比其他 井孔 大 1 ~2个 数量 级 , 多 数井 孑 表 现为 应力 增 大 , 1 3的井孔 表 现 且 L 约 / 为应 力 降低 , 力 降低 的区域 主要是 大华北 东部 沿海 和大 华北南 部地 区 , 大华北 中部 地 区表 应 而
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时变化 的方 法 , 并利用该方法研 究不 同板块之 间地震与水井水位 的响应关 系 , 分析应 力场 的震 时 变化特征 。本研究将对该方 法进行拓展 , 研究 同一板 块不 属 同一 构造 块体 的地震 与水 井水位 变 化 的响应关 系 , 分析应力场震 时变化特征 , 并对应力 场变化特征进行探 索性讨论 。