日本Mw9.0级地震引起的井-含水层系统参数变化及其机理研究

Mw9.0 earthquake on March 11, 2011 Japan caused a wide range of seismic response of well level in Chinese Mainland. And multiple water-level in well has a significant difference before and after the event, the difference reflects the well - aquifer system parameter changed. This project will use the data of Chinese Mainland Water-level Observation, select the wells with co-seismic induced by Mw9.0 earthquake, analyzes the changes of groundwater level before and after the earthquake, calculate of the well aquifer system parameters. We will discuss the reliability of the parameters, the relationship of the parameters and the hole condition, the aquifer lithology and tectonic environment factors. We will also analyses the difference and common features in well aquifer system parameter changes between Mw9.0 earthquake and other far-field earthquakes. The implementation of this project will provide a scientific basis for water co-seismic response mechanism, and apply a new approach for analyze the dynamic stress loading effect of the faults in Chinese Mainland, induced by Mw9.0 earthquake. The results of this project will help to understand the abnormal change of groundwater in the seismogenic process.

2011年3月11日日本Mw9.0级地震引起了中国大陆水位观测井大范围的同震响应现象，且多项井水位动态在震前、震后出现明显差异，这种差异反映了区域井-含水层系统参数的变化。本项目拟基于中国大陆地震地下流体水位观测网数据，选取在日本Mw9.0级地震时出现同震响应的观测井，分析其水位在地震前后的动态变化并反演其井-含水层系统参数，在探讨各参数可靠性的基础上分析其变化特征与井孔条件、含水层岩性、构造环境等因素的相关性和形成机理，进而分析远场强震引起的井-含水层系统参数变化在“一震多井”和“一井多震”情况下的差异性和共性特征。本项目的实施将为水位同震响应机理研究提供科学依据，为分析日本Mw9.0级地震对中国大陆主要断裂带的动态应力加载作用提供新途径，更有助于理解地下水在地震孕育过程中的异常变化，提高对地震孕育过程中地下水前兆现象的认识。

本项目基于中国大陆地震地下流体水位观测网数据，选取在2011年3月11日日本9.0级地震时出现同震响应的观测井，分析了远场强震引起的井水位和井-含水层系统参数在震前、同震和震后的“一震多井”变化特征，并将其与其它五次强震（2004年12月26日苏门答腊8.7级地震、2008年5月12日汶川8.0级地震、2010年4月14日玉树7.1级地震、2013年4月20日芦山7.0级地震和2015年4月25日尼泊尔8.1级地震）引起的水位同震响应、含水层参数变化特征进行了对比分析，探讨了“一井多震”情况下响应特征的共性和差异性。以北京昌平台和新疆新10井为例，利用相应的水文地质模型反演了井-含水层系统水力参数，探讨了井水位的变化特征及变化机理；以云南会泽井为例，分析了同一测点相邻不到10米的两口井的水位对周期性加载作用的响应特征，通过井水位频谱特征、气压传递函数、潮汐响应和微水试验等，分析了两口井水位对周期性加载响应的灵敏性，得到井-含水层系统渗透性决定井水位对周期性加载作用的响应特征的认识。本项目的实施为井水位同震响应的机理研究提供了丰富的科学依据，有助于理解地震孕育过程中的地下水异常变化，提高对地震地下水前兆现象的认识。与此同时，项目实施过程中提出了一种利用水震波与地震波的幅度比反演承压井-含水层系统水力渗透系数的方法，并多次在观测实践中得以应用。研究过程中也发现了一些新的科学问题，如水力参数的反演结果在特定情况下会存在不确定性，不同的水力参数反演方法所得结果之间有时会存在明显的差异等。这些研究过程中发现的新问题，将是今后继续探索的方向。