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云南会泽井水位对2014年鲁甸M_(S)6.5地震同震响应过程模拟

地震研究 2022年第2期45卷 329-339页

作者：魏海滨谷洪彪孔慧敏迟宝明防灾科技学院河北三河065201 河北省地震动力重点实验室河北三河065201 中国地震局工程力学研究所黑龙江哈尔滨150006

为定量刻画地壳应力-应变改变、含水层孔压扰动及井孔水位变化之间的耦合过程,促进对近场地震水位同震响应机制的理解,利用多场耦合数值模拟方法,获得鲁甸地区(200×200)km^(2)范围内,2014年鲁甸M;6.5地震造成的同震静态应变场分布、孔... 详细信息

为定量刻画地壳应力-应变改变、含水层孔压扰动及井孔水位变化之间的耦合过程,促进对近场地震水位同震响应机制的理解,利用多场耦合数值模拟方法,获得鲁甸地区(200×200)km^(2)范围内,2014年鲁甸M;6.5地震造成的同震静态应变场分布、孔压演化规律及会泽井水位响应曲线,并以渗透系数、杨氏模量及孔隙度为变量,设计6组不同模拟情景对影响研究区孔压演化的参数进行分析。结果表明:(1)鲁甸地震造成的同震静态应变场沿断层两侧呈四象限分布,应变场极值点分布在断层北段两侧,远离断层体应变数值逐渐减小;(2)地震造成研究区含水层孔压扰动在50 d内恢复至震前稳定值,孔压的扩散时间受渗透系数及杨氏模量的影响;(3)模拟所得会泽井水位受地震影响瞬时上升0.45 m,并在震后50 d内恢复至震前水位,水位变化趋势为阶升之后缓慢恢复,模拟水位与实测水位变化趋势相近。

关键词：会泽井鲁甸地震井水位同震响应数值模拟

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会泽井水位对鲁甸地震同震响应数值模拟

会泽井水位对鲁甸地震同震响应数值模拟

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作者：魏海滨防灾科技学院

学位级别：硕士

近场地震产生的同震静态应力会引起区域应力-应变场的改变,使得压缩区孔压升高,膨胀区孔压下降,反映到井孔中会导致水位的阶升或阶降(持续升高或降低),这是一个流固耦合的过程,理清这个过程中应力-应变、孔压及水位变化相互作用的关系,... 详细信息

近场地震产生的同震静态应力会引起区域应力-应变场的改变,使得压缩区孔压升高,膨胀区孔压下降,反映到井孔中会导致水位的阶升或阶降(持续升高或降低),这是一个流固耦合的过程,理清这个过程中应力-应变、孔压及水位变化相互作用的关系,有助于我们更好的掌握地下应力状态、地震活动线索以及地震前兆信息,但是以往利用解析法求解这个过程较为困难。本文聚焦于会泽井对2014年8月3日鲁甸地震的同震响应过程,利用Okada位错理论、多孔线弹性理论以及Navier-Stokes方程建立了鲁甸地震同震破裂模型、含水层孔压同震响应模型以及压力扰动下井-含水层系统水位响应模型,利用三个模型假耦合进行数值模拟计算,旨在揭示井水位对近场地震同震响应的整个过程。本文利用建立的三个数值模型对鲁甸地震造成的应变场分布、孔压演化规律以及井水位变化过程进行了初步的定量分析,在一定程度上还原了会泽井水位对鲁甸地震的同震响应过程,客观的分析近场地震活动与地下水位变化之间的关系,为其他近场地震引发井水位变化研究提供思路借鉴,同时也为以后探索更为复杂的流-固-热-化学多物理场耦合同震井水位研究奠定基础。本文取得以下成果:(1)利用地质、地震资料建立鲁甸地震同震破裂模型,模拟了鲁甸地震产生的同震静态应变场分布,鲁甸地震造成的应变场沿着断层两侧呈四象限分布,应变场极值点分布在断层北段两侧,压缩区最大应变为-6.56×10,膨胀区最大应变为6.99×10,远离断层应变场数值逐渐减小。(2)推导以孔压与应变为变量的流固耦合控制方程组,建立目标含水层孔压同震响应数值模型,将同震破裂模型模拟出的应变场转化为孔压场分布作为初始条件,模拟鲁甸地区以及会泽井孔压同震演化过程。模拟结果表明:鲁甸地震造成的初始孔压分布模式与应变场分布一致,超孔隙水压极值为3.5×10Pa,负压极值为-3.73×10Pa。地震造成研究区的孔压扰动值在50 d内恢复至震前稳定值,并且孔压的扩散时间受到渗透系数以及三维贮水率的影响,在研究区尺寸一定的情况下,渗透系数越大,孔压扩散越快;三维贮水率越小,孔压扩散越快。鲁甸地震造成会泽井孔压瞬时上升2900 Pa,在之后50 d内,会泽井孔压以幂指数形式恢复至初始状态。(3)利用达西定律以及Navier-Stokes方程建立压力扰动下井-含水层系统水位响应模型,将地震造成的含水层孔压扰动值转化为井孔中水位变化值。模拟结果表明,会泽井水位受地震影响瞬时上升0.52 m,并在之后50 d内恢复至震前水位值。水位变化趋势与实测水位相近,均为阶升之后缓慢恢复,但模拟水位上升幅值较实测值偏大,可能原因为:(1)建立的模型较为理想化,未考虑含水层的非均质性;(2)实际条件下研究区有多口井进行排压,但本文进行模拟时研究区内只有一口井,可能会导致模拟上升水位偏大;(3)实际水位上升过程中井损的产生会导致实测水位较模拟水位偏低。

关键词：会泽井鲁甸地震同震响应数值模拟

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