地下流体总复习概要

地下流体总复习概要第一页，共44页。授课内容体系回顾:地下流体观测理论基础地下流体及其基本特征、地下流体动态及其类型与特征、地下流体观测网与观测站

地下流体观测技能井水位动态观测；地热动态观测；测氡技术；测汞技术；其他观测地震地下流体异常识别与地震预测地壳中的流体与地震活动；地下流体观测数据处理与异常识别；地下流体预测地震的经验；地下流体异常落实第一页第二页，共44页。一、地下流体的基本概念地球流体：地球上一切可流动的物质。*水圈中的水*大气圈中的气体

*赋存并活动于上地幔与下地壳中的岩浆*岩石圈中的气体与水地下流体：赋存并活动于地表以下岩石圈中的，特别是地壳中的流体。*油*气*水

第一章地下流体的基本特征第二页第三页，共44页。二、地下水的储水空间第一章地下流体的基本特征孔隙裂隙溶隙岩石中的各种空隙三、含水层的概念及其类型成岩裂隙构造裂隙风化裂隙含水层:含有重力水的岩层称为含水层。隔水层：指不允许重力水自由流动的岩层。越流含水层：岩层能起隔水作用，但岩层中仍含有一定的水量，甚至可以透水，但透水能力极其微弱的岩土层。

第三页第四页，共44页。第一章地下流体的基本特征三、含水层的概念及其类型按赋存地下水的空隙类型可分为孔隙水层裂隙水层岩溶水层①裂隙水分布不均匀；②裂隙水一般形成带状循环，埋深较大；③按照构造裂隙水与下伏含水层的沟通成都可分为导水断裂、储水断裂；④大的裂隙（或断裂带）中的地下水动态变化很稳定。裂隙水的特点构成含水层的条件有储存地下水的地质条件有储存地下水的空间有一定的水量第四页第五页，共44页。四、储水构造第一章地下流体的基本特征几种典型的水动力系统示意图第五页第六页，共44页。四、储水构造第一章地下流体的基本特征向斜盆地储水构造第六页第七页，共44页。四、储水构造第一章地下流体的基本特征断裂储水构造断裂构造破碎带断裂内带断裂外带断裂中带断裂构造三个带的储水能力和富水性不同，其储水能力主要取决于断裂的力学性质和岩性当充填完好、胶结紧密或脉岩及充填物为非可溶性物质时，可起到隔水作用。张性断裂储水构造压性断裂储水构造张性断裂内带张性断裂中带张性断裂外带储水能力和富水性较强虽有一定的储水能力，但富水性取决于汇水条件和地下水补给来源。压性断裂内带压性断裂外带压性断裂中带储水性较差储水能力取决于角砾岩的胶结程度和胶结物性质储水能力和富水能力较强第七页第八页，共44页。第一章地下流体的基本特征五、地下水的分类按地下水的埋藏条件可将地下水划分为上层滞水潜水承压水潜水的特点承压水的特点直接和大气相通；可接受大气降水、地表水等补给；水位、水量、水质受气象、水文、等因素的控制；潜水水位与地形的起伏相一致；水的矿化度与地形、水的交替有关；潜水不适合做为地下水动态观测水点。水具有压力；补给区、径流区、排泄区不一致；由于上部有稳定的隔水层，与大气、地表水的联系较弱；人为影响明显小于潜水，越深层的承压水，人为影响越小；承压水的动态变化明显小于潜水，动态变化较稳定；承压水的水质较好。第八页第九页，共44页。第一章地下流体的基本特征六、地下水的补给大气降雨的渗入补给。含水层之间通过断层或钻孔相互补给。河水与地下水相互补给。七、地下水的排泄对基岩含水层而言，最主要的排泄形式是泉与人工开采。基岩中的泉水按其成因可分为侵蚀泉接触泉溢出泉断层泉第九页第十页，共44页。第一章地下流体的基本特征八、地下水渗流运动规律水头压力：上升到一定高度的钻孔中的水柱，可以看作是含水层中某一点的一种水头或水头压力。达西定律适用于含水层中水流运动为层流时

哲才定律适用于含水层中水流运动为紊流时第十页第十一页，共44页。第一章地下流体的基本特征九、潜水、承压水等水位线图第十一页第十二页，共44页。第一章地下流体的基本特征十、地下水的物理性质地热带的划分：变温带、常温带、增温带。地热梯度：在增温带，深度每增加100m，所增高的温度值。单位为℃/100m。地热增温级：温度每升高1℃所需增加的深度（m）称为地热增温级（单位：m/℃）。第十二页第十三页，共44页。第一章地下流体的基本特征十一、地下水的化学性质地下水化学成分矿化度----地下水中离子、分子与化合物的总量。硬度----取决于地下水中钙、镁离子含量。离子成分H+,Na+,K+,Mg2+,Ca2+,Fe2+，OH-,Cl-,SO42-,NO2-,HCO3-,CO32-,SiO32-,PO42-气体成分：O2、N2、H2S、CH4、CO2深层地下水矿化度高于浅层地下水，热水矿化度高于冷水。胶体成分：SiO2Fe(OH)3Al(OH)3第十三页第十四页，共44页。第一章地下流体的基本特征十一、地下水的化学性质地下水化学成分的形成作用溶滤作用蒸发浓缩作用混合作用阳离子交替吸附作用脱碳酸作用脱硫酸作用第十四页第十五页，共44页。第一章地下流体的基本特征十二、地下热水地下热水的气体成分地下热水中的O2的含量微小，以CO2、CH4、H2S等气体组分为主，He、H2等含量也较多。地下热水的化学成分地下热水中除含有冷水中常见的7种离子外，还含有较多的微量元素，如：F、Br、I、B、Sr、Li、Rb、Cs、Hg、As等。地下热水的分布概况温度对地下水化学成分的影响第十五页第十六页，共44页。第二章地下流体动态特征一、地下流体动态分类地下流体动态---井（泉）中观测到的地壳流体物理化学特性随时间的变化。地下水宏观动态---水流的水动力状态发生变化。地下水微动态---含水层骨架发生变形破坏。地下水正常动态---无地震和干扰情况下，能够表征周期性环境影响或动力作用相对稳定的一种动态。地下水异常动态---受到构造作用或其他因素影响出现的非稳定变化的一种动态。第十六页第十七页，共44页。第二章地下流体动态特征二、井水位固体潮效应含水层在日、月起潮力作用下，产生固体潮体应变的反映，含水层的体应变使其孔隙中的流体压力产生潮汐波动，迫使水在井孔与含水层之间产生潮汐渗流，从而形成了井孔内水位的潮汐变化。井潮潮差—固体地球产生潮汐变形而引起的井水位变化幅度，是表征井孔水位潮汐效应大小的主要指标。第十七页第十八页，共44页。第二章地下流体动态特征三、井水位气压效应井水位随气压波动而表现出的起伏现象。当大气压力增大时井水位下降,大气压力变小时井水位上升.四、井水位地面荷载效应井水位随地面荷载的变化而变现出的起伏现象。常见的有列车荷载效应、降雨积水荷载效应等。第十八页第十九页，共44页。第二章地下流体动态特征五、地下流体干扰异常的基本类型观测技术系统干扰（仪器设备运行环境、日常管理）

地表水体引起的干扰异常

地下水开采引起的干扰异常

地下注水引起的干扰异常

矿山采矿活动引起的干扰异常

其它环境干扰异常

a、观测井管老化开裂引起的干扰异常b、井口装置改变引起的干扰异常c、泄流口堵塞引起的干扰异常d、观测操作不当引起的干扰异常……观测条件改变的干扰（观测井、其它）观测环境变化的干扰（井区自然环境、井区人类活动、地质动力活动）第十九页第二十页，共44页。第三章地下流体观测台与观测网一、地下水物理动态地下水的物理性质（水温、透明度、颜色、嗅、味、导电性、放射性、水的流速、水头压力、水位埋深、流量）随时间的变化规律（多年动态、年动态、月动态与日动态）。地下流体化学动态的变化是指地下水中的气体和固体溶质含量的变化。二、地下水化学动态第二十页第二十一页，共44页。第三章地下流体观测台与观测网三、地下流体主要观测对象分类地震监测预报以及地震科学研究的目的和现有技术水平与可行的条件出发，目前国内外地下流体观测较为广泛的项目：井水位、井水温度、水氡与气氡、水汞与气汞四大类6种测项。

有一些台点还观测常量离子、微量组分、气体总量、二氧化碳、氢气、氦气等。第二十一页第二十二页，共44页。第三章地下流体观测台与观测网四、地下流体观测场地勘选与基本要求观测区资料齐全，地质―水文地质条件清楚观测点应选择在对应力应变敏感的构造部位观测点还可选择在有深部物质上涌的部位观测区应发育承压性和封闭性好的含水层尽量避开观测环境干扰第二十二页第二十三页，共44页。第三章地下流体观测台与观测网五、观测井建设规范化井深、井径、套管与止水、过水断面、沉砂管。六、地下流体观测环境保护目的是遏止和减弱可能产生干扰异常的各类因素或作用的行为，确保地震观测站观测的各类动态是按着一定规律变化的正常动态，防止各类非规律性的干扰动态出现，以便地震活动期间能够捕捉到非常显著的地震前兆异常信息。第二十三页第二十四页，共44页。第三章地下流体观测台与观测网七、地下流体监测背景调查的主要内容开展野外调查，掌握井区的地质构造与水文地质背景气候水文背景条件调查区地下水开采工程布局监测井建设规范化衡量调查其它干扰因素第二十四页第二十五页，共44页。第四章水位动态观测技术一、观测系统的组成含水层(井)、井口装置、观测仪器设备二、井水位动态观测的类型静水位观测----是指观测井口至井水面间的垂直深度，相当于观测地下水面的埋深。动水位观测----是指观测泄流口的中心面至井水面间的垂向高度，相当于观测泄流口以上的水柱高度。第二十五页第二十六页，共44页。第四章水位动态观测技术机械式水位仪的工作原理(井水位变化—浮标升降—滚筒转动—记录笔记录(同时随时钟移动)—水位随时间的变化过程.数字型水位仪的工作原理(压力式水位传感器—P=ρgH—压强与井水柱高度成正比）三、水位动态观测仪器的基本原理第二十六页第二十七页，共44页。第五章地热动态观测技术测量钻孔中的温度测量钻孔中的温度梯度测量地表浅层温度和温泉温度卫星遥感

目前，地热前兆观测主要是测量深井、浅井与温泉水的变化。一、地热动态观测类型第二十七页第二十八页，共44页。第五章地热动态观测技术稳态地热场系统—震源应力场作用—动态地热场（附加地热场）--与地震有一定的对应关系（前兆、同震反应、震后调整及强余震前兆）二、地热前兆观测的原理第二十八页第二十九页，共44页。第五章地热动态观测技术地热微动态变化类型：平稳型；短周期型；跳跃型；长周期型（不明原因）；趋势型。井孔动态特征类型受影响因素控制：含水层，岩石透水性位置，固体潮，温度日变，人工开采等。震前有异常，震时有同震，震后有调整。水温异常以短临异常为主。井水温度有固体潮效应。某些井水温与水位变化相关。三、地热动态基本特征第二十九页第三十页，共44页。第五章地热动态观测技术利用石英频率随温度变化的特性构成石英温度计。由于石英晶体高纯度的特性，决定了具有高Q值，其频率-温度变换的关系可表示为：T=A0+A1f+A2f2+A3f3+A4f4+……式中，f是石英谐振器的自振频率；T为石英谐振器的温度；A0，A1，A2，A3，A4……则是随着每个石英温度传感器的个性不同而不同的常数。仪器所配探头的五个常数由计量部门标定时给出。SZW-1A型数字式温度计的探头由测温谐振器和变换电路共同组成，封装在一个外径30mm，长约300mm的紫铜管内，由电缆引到主机。电缆由一芯一屏蔽构成，即负责由主机向探头内变换电路供电，又将探头的信号送回主机（见图）四、地热数字化观测仪工作原理主机变换电路第三十页第三十一页，共44页。第六章氡观测技术Rn的射气特性含有Ra的岩石，具有向周围空间扩散氡气的能力，这种能力称为岩石的射气作用岩石的射气作用。射气强度：1克岩石在1秒钟内析出的自由氡射气量。射气能力：1克岩石在其建立放射平衡（Ra与Rn之间）的时间内析出的总射气量。射气系数：在单位时间内，析出到岩石空隙中的自由氡量与在同一时间间隔内形成的总射气量的比值。一、氡的射气特性第三十一页第三十二页，共44页。第六章氡观测技术氡射气在地壳中的迁移是一个复杂的过程。二、氡的迁移作用扩散作用对流作用水携带作用伴生气体的压力作用地热作用潮汐、大气压的纵深效应第三十二页第三十三页，共44页。第六章氡观测技术氡的前兆异常机制三、氡与地震的关系孕震过程，当受到附带有渗流场扰动时，岩土空隙中自由氡或地下水中溶解氡都将发生变化，甚至地下水中出现氡的过饱和而自由逸出的现象。因此，连续观测地下水中溶解氡与逸出氡及岩土空隙中自由氡浓度的变化，有可能捕捉到地震孕育与发生的前兆异常信息。第三十三页第三十四页，共44页。第六章氡观测技术在地震监测领域，根据观测对象分为水氡测量、逸出气氡测量和土壤中氡测量三大类。四、氡测量方法分类

按测量时间长短划分为微分（瞬时）测量和积分（积累）测量。地震监测预报中台站使用的：FD-105K型静电计、FD-125型氡钍分析器和SD-3A型自动测氡仪都属微分测量仪器。第三十四页第三十五页，共44页。第六章氡观测技术五、电离静电计法和闪烁脉冲计数法的基本原理

电离静电计法：氡气被鼓入电离室，氡及其子体的－射线使空气分子电离，在外加电场作用下产生电离电流，使静电计的石英丝偏移，目测指示丝移动的格值，计算水氡浓度。闪烁脉冲计数法：氡气被鼓入电闪烁室，氡及其子体的－粒子冲击闪烁室内壁的硫化锌（银）闪烁体，激发出光子，经光电倍增管进行光电转换，并在阳极负载上形成脉冲电流，输出负脉冲，经电子线路放大、甄别、整形后被自动定标器记录，根据在单位时间内的脉冲计数计算出水氡浓度。第三十五页第三十六页，共44页。第六章氡观测技术六、氡观测的影响因素

自然环境类：降雨、气压、气温、水温、江河水、水库。人类活动类：地下抽水、地下水回灌、矿井疏干、矿山爆破。观测条件：观测井结构、井口装置、井水自流状态、仪器工作环境、台站工作环境。观测工作：水样的采集、观测基准点、仪器与设备（老化、故障、更新等）、操作与规范、标定与检查。其它偶然因素。第三十六页第三十七页，共44页。第七章汞观测技术一、汞的物理化学特性

电离势高，1价和2价汞易从化合物中还原成零价汞；具有化学稳定性，不易同其它物质发生化学反应；汞能溶解许多金属而形成金汞齐，且易被黄金吸附；挥发能力强。常温下即具有明显的蒸汽压，它的蒸汽压力、挥发速度随温度升高而急剧增加；具有极强的穿透力，容易沿裂隙、孔隙等向周围介质扩散迁移。第三十七页第三十八页，共44页。第七章汞观测技术二、汞观测的技术思路

与地震活动有关的深部断裂带上都存在汞气晕，某些汞气浓度的增高与地震活动有关。实验表明岩层瞬时加压和持续过程中汞量变化最为明显、清晰。汞具有很高的蒸汽压。沿断裂带和岩石空隙的迁移能力强。构造活动伴有应力、热力作用，使围岩与周围介质发生相互作用，定点、定期测量各种介质中汞量变化可了解构造的活动性，捕捉地震前兆信息。第三十八页第三十九页，共44页