地下流体总复习概要课件

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,地震地下流体总复习,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,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,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,裂隙水分布不均匀；,裂隙水一般形成带状循环，埋深较大；,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；,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,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,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,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,第一章 地下流体的基本特征,九、潜水、承压水等水位线图,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,+,Mg,2+,Ca,2+,Fe,2+,，,OH,-,Cl,-,SO,4,2-,NO,2-,HCO,3,-,CO,3,2-,SiO,3,2-,PO,4,2-,气体成分：,O,2,、N,2,、H,2,S、CH,4,、CO,2,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：,SiO,2,Fe(OH),3,Al(OH),3,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O,2,的含量微小，以CO,2、,CH,4,、H,2,S等气体组分为主，He、H,2,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=,gH,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=A,0,+A,1,f+A,2,f,2,+A,3,f,3,+A,4,f,4,+,式中，,f,是石英谐振器的自振频率；,T,为石英谐振器的温度；,A,0,，,A,1,，,A,2,，,A,3,，,A,4,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