应力加载作用引起地下水微温度场变化的研究综述

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1、第7期(总第331期)国际地震动态No.7(SerialNo1331)2006年7月RecentDevelopmentsinWorldSeismologyJul.,2006应力加载作用引起地下水微温度场3变化的研究综述1)2)孙小龙刘耀炜1)中国地震局兰州地震研究所,兰州7300002)中国地震局地壳应力研究所,北京100085摘要在地震地下流体动态观测中,水温对地震活动的响应非常敏感,井水温度微动态观测越来越受到有关学者的关注。本文收集了相关资料,以引起水温变化的水动力学机制为基础,从应力加载作用下渗流场的变化、渗流场变化引起地下水温度变化以及裂

2、隙介质热量运移三个方面分别阐述了前人研究成果,旨在理清“含水层受力变形→井2含水层系统内水流变化→井水温度变化”的理论模式,探讨应力加载作用引起地下水微温度场变化的理论基础和技术途径。对这一领域研究成果的综合分析将有助于我们深入地研究地震孕育过程中的前兆成因机理。关键词应力加载;地下水;渗流场;微温度场中图分类号P315.72文献标识码A地下水温度的微动态能够很好地反映地前、同震及震后效应提出的理论主要有以下[1,2]震孕育、发生及震后调整效应,这一观点已几种模式,即地下热异常上升模式、温[3][4]被国内外专家所认可,但直到20世纪80年室效应模

3、式、应力2耗散模式以及水动[5]代末与90年代初,随着我国高精度石英温力学模式。前三种模式偏向于震源区前兆度计的研制与推广,用观测深井水温来研究异常机理的解释,而水动力学模式主要以含地下水微温度场变化的工作才获得显著的发水层介质对应力2应变响应为基础,无论对展,深井水温观测已经成为目前我国地震地前兆异常机理,还是对同震及震后效应等有下流体观测中一类重要的观测项目。关的机理都能给予合理的解释。该模式主要关于地下水微温度场在地震孕育、发生观点是:地壳应力2应变状态的变化,首先引过程中的变化机理有多种理论模式,但这些起含水层岩体变形及相应的孔隙压力的变理

4、论模式只能解释部分观测现象,或只能解化,并导致井2含水层系统水动力条件(水力释特定的一些观测事实。因为地下水所赋存梯度)的改变和水流状况(流速、流量等)的的地壳结构具有高度的复杂性,其本身的运变化,然后由于水流量所携带着的井孔内热[5]移又会受到多种因素的影响,因此试图用一量变化引起井水温度的改变。归根结底,个统一的理论模式来解释所有观测现象是不井水温度的水动力学模式其最基本的理论基现实的。目前,国内外学者对井水温度在震础就是在应力加载作用下,由于地壳介质渗流场改变而引起地下水微温度场的重新分3收稿日期:2006207201。布。18国际地震动态2

5、006年近些年来,国内外学者对应力变化引起而引起整个地区构造应力场性质的变化。王渗流场改变的研究较为深入。对于渗流场变志欣等人研究了华北地区构造应力场的变化引起地下水微温度场变化的研究,分别从化,发现这种长周期变化的应力改变相当缓宏观的流体运移和微观的裂隙介质热量运移慢,为2MPa/Ma,大约相当于沉积速率为方面进行了有意义的理论探索,提出了一些100m/Ma所增加的负荷应力,因此这种长能很好解释实际观测资料的理论模型。因周期的应力场变化对流体压力的影响是很小[6]此,本文收集相关资料,以地下水微温度场的。相对于地质历史上这种长周期的应力变化的水动

6、力学机制为理论基础,详细阐述场变化,与地震孕育-发生过程有关并可引了前人对应力作用2渗流变化和渗流变化2温起地下流体运移的应力加载多为短期、瞬间度改变两方面的相关研究成果,旨在应用的过程。“含水层受力变形→井2含水层系统内水流变按地震孕育、发生过程中的作用特征可化→井水温度变化”的思路来找出应力加载将应力加载大致可分为以下三类:①震前作用下地下水微温度场变化的内在联系,这缓慢加载。加载作用力在一段时期内为持续将为进一步的揭示地震孕育、发生及震后调性地单调变化(单调递增或单调递减),其作整效应过程中井水温度的动态变化机理提供用方向不会发生明显变化,如

7、地震孕育过程重要的技术途径。中局部地区的区域应力变化、水库蓄水过程中地下岩层的受力过程等。张昭栋等人对四1应力加载作用下渗流场的变化川道孚、甘孜地震期间地应力变化统计分析地震孕育、发生过程中的应力应变状态发现,在7～12个月内应力值改变了0.13[7]的变化,可以引起地壳介质渗流场的变化。MPa～1.4MPa,这种加载作用常会引起微观上,应力加卸载作用可以导致岩体变地下水水位、流量等的趋势性变化;②短期形、碎裂,从而使得岩体孔隙、裂隙发生变和瞬间加载。如地震发生引起的断裂错动以化;宏观上,孕震过程以及发震时应力的加及地震波的传播对周围岩石介质产生的

8、静态载、释放作用会使得地壳岩层的断裂活动产或动态应力加载作用。这种时间短、范围有生明显变化,大尺度的断层活动会导致赋存限、