【摘 要】
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地震引发的流体瞬态运移过程包含应力变化信息,获取地壳中的流体运移信息对于地震活动性分析和预测具有重要的意义。基于近地表不同深度的周期性温度-时间序列,利用流体运动对振幅和相位的影响,可以获取地下流体运移的方向及流速。然而,前人的研究多利用日周期温度波动,观测深度局限于1 m以内。近些年发展起来的基岩温度动态变化观测技术证实,基岩温度作为一个新的地球物理观测量,蕴含着浅层地壳流体运移信息,观测深度已
【基金项目】
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国家重点研发计划(2018YFC1503304):基于基岩温度观测的断层亚失稳应力状态研究; 中央级公益性科研院所基本科研业务专项(IGCEA1815):新疆南天山西段应力应变状态及其强震危险性分析; 中央级公益性科研院所基本科研业务专项(IGCEA1910):基于近地表周期性地温变化获取青藏高原东南缘地下水运动特征;
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地震引发的流体瞬态运移过程包含应力变化信息,获取地壳中的流体运移信息对于地震活动性分析和预测具有重要的意义。基于近地表不同深度的周期性温度-时间序列,利用流体运动对振幅和相位的影响,可以获取地下流体运移的方向及流速。然而,前人的研究多利用日周期温度波动,观测深度局限于1 m以内。近些年发展起来的基岩温度动态变化观测技术证实,基岩温度作为一个新的地球物理观测量,蕴含着浅层地壳流体运移信息,观测深度已拓展到数十米,为利用温度数据分析地壳浅部流体运移特征提供了一个新的机会。中国地震局地质研究所于2016年在新疆喀什地区组建了包含5个测点的基岩温度观测台网,至今已有4年多的数据积累,这为流体运移信息的获取提供了宝贵的温度数据资料。基于这些观测数据,本论文对基岩温度的动态变化过程与地下流体运移的耦合关系开展了研究,获得了研究区浅部热扩散系数和多年平均地下流体流速;在此基础上,进一步获得了流体运移随时间的变化过程,并结合地震时间序列试图探讨流体运移特征与地震活动性的关系。论文开展的主要研究工作与认识如下:(1)流体的存在导致由振幅、相位获得的视热扩散系数之间存在差异,与真实热扩散系数并不相等。流体流速越大,两个视热扩散系数的差异越大,当流体活动不明显时,通过相位获得的视热扩散系数更加接近真实的热扩散系数。喀什地区5个测点由振幅计算出的视热扩散系数αA为0.92~1.71×10-6m2·s-1,由相位计算得到的视热扩散系数αΦ为1.53~33.1×10-6m2·s-1,真实热扩散系数α为1.52~8.91×10-6m2·s-1。αA和αΦ在数值上存在显著差异,说明测点区域在热量传输过程中受流体对流作用的影响较大。此外,研究证实,流体运移产生的热效应不明显时,通过相位获得的视热扩散系数更加接近真实热扩散系数。(2)获得的喀什地区各测点地下流体运移速度和流向等信息表明测点流体流向均向上,靠近天山地区测点流体流速为0.10~1.94×10-7m·s-1,靠近昆仑山地区测点流体流速为8.56~9.71×10-7m·s-1。通过探讨流体运移过程和地震活动性的关系发现,当频繁发生地震事件后,部分测点流体流速有增加的趋势。膘尔依阔托乡(PX)、康苏镇(KS)、上阿图什乡(SA)、乌帕尔乡(WP)和马场(MC)测点多年平均流体流速分别为1.1×10-8、1.0×10-8、1.94×10-7、9.71×10-7、8.56×10-7m·s-1,流向均向上。不同地区测点流体流速存在明显的差异,靠近天山地区的测点膘尔依阔托乡(PX)、康苏镇(KS)和阿图什乡(SA)流体流速较小,靠近昆仑山地区的测点乌帕尔乡(WP)、马场(MC)流体流速较大。不同地区测点流体流速的差异可能与区域水文地质环境有关。在获得测点区域流体流速随时间变化过程的基础上,结合地震时间序列,探讨了流体运移特征与地震活动性的关系。分析表明,当频繁发生地震事件后,膘尔依阔托乡(PX)、康苏镇(KS)测点的地下流体流速有增加的趋势。总之,通过论文研究表明,基于多深度的连续基岩温度观测,可以获得浅层地壳流体的运移过程。深入发展下去,有望提供一个潜在的地震前兆分析手段。
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