地震导致的含水层参数变化特征与机理

本申请项目拟应用野外试验和观测、室内实验和测试、数学分析和数值模拟等方法，依托我国地震地下水观测网和三峡地震观测网，分析和识别汶川地震导致的大陆尺度持久性地下水位变化的观测井空间分布规律和井-含水层系统影响因素；选取其中水位显著阶变的观测井，应用固体潮效应、井水位恢复过程解析和SLUG试验等方法，获取地震前、后含水层参数及其变化值；通过对震前、震时和震后井水位固体潮幅度和相变化的识别和相应计算，获取含水层参数-应变-水位-水温的时间序列关系，结合同位素和水化学成分分析，揭示含水层参数变化的机理；应用地下水流模拟方法，研究含水层参数变化对地下水流场（地下水循环）的影响。项目的研究对于深入理解地震导致的地下水循环变化和各类宏观异常现象的机理、对于科学地进行变化环境下的水资源评价、对于诱发地震研究具有重要的科学意义和实际意义。

本项目应用野外试验和观测、室内实验和测试、数学分析和数值模拟等方法，依托我国地震地下水观测网和三峡地震观测网，分析和识别了“5•12”汶川地震导致的大陆尺度地下水位变化特征和影响因素；获取了地震中、近场含水层参数在地震前后的变化值，以及含水层参数-应变-水位-水温的时间序列关系，研究了含水层参数变化的机理。主要成果如下：（1）“5•12”汶川地震发生时，我国地震地下水观测井网中有一百多口井出现了地下水同震响应，其变化型态表现为阶升、阶降与震荡型。在活动断裂带的上、下盘，地下水位多呈现出相反的变化。即在断裂带其中一侧多出现地下水位同震上升现象，另一侧则多出现地下水位同震下降现象；在大陆尺度上，总体上水位变幅随井震距增大呈现减小趋势，但在不同构造交汇部位、发震断层走向方向变幅较大，说明井震距并不是唯一的主控因素；同震地下水位变化特征在一定程度上受同震应变场控制，位于同震压缩区的观测井地下水位普遍表现为同震上升，拉伸区地下水位多表现为同震下降；（2）获得了一种通过地下水位潮汐效应反演含水层参数的新方法，该方法基于连续观测的水位资料，能同时求取含水层的导水系数与储水系数，其结果与抽水试验、注水试验所得结果较为吻合；（3）地震可造成较大范围含水层参数变化。汶川地震前，近场几口井的地下水水位潮汐因子与相位滞后（可作为含水层参数的指示）出现异常变化，可能是地震地下水的前兆效应；汶川地震后，地震近场及中场的含水层参数有明显变化，导水系数变化率可达150%，储水率变化率达66%，在距震中700km之外，地震仍可导致含水层参数100%的变化；（4）近场的同震水位变化主要是由断层错动产生的静态应变引起的，在地表破裂带范围内，造成含水层参数变化的主要作用为动态应力和静态应力；而在地表破裂带以外更远处，动态应力起主要作用；（5）中远场的同震及震后水位变化主要受控于含水层参数的变化，含水层参数与同震水位变幅存在良好的线性关系，含水层导水性越好的井孔，其同震水位变化越明显；地震时含水层参数变化率与同震水位变化率也具有较密切关系，变化率越大的井孔，同震水位变化率也越大；井孔所在构造部位对于井孔同震及震后水位变化也具有一定的影响，断裂带走向可能影响同震水位变化形态。