教材《地震地下流体理论基础与观测技术》各章节习题答案Word文档格式.docx
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④承压水受人为影响较小,动态变化较稳定。
⑤承压水的水质较好。
4、地下水的动力系统有哪几部分组成?
包括哪几种典型的水动力系统?
地下水的动力系统由由地下水的补给、径流与排泄系统组成。
在系统中地下水由补给区向排泄区运动。
上图所示为水动力系统的典型实例。
图(a)所示为山前冲洪积扇地区的水文地质剖面。
山区基岩地区渗入地下的大气降水由山区向山前松散堆积平原区流动,一方面由于地形坡度较地下水面的坡度大得多,另一方面由于含水层中沙砾的颗粒由粗变细,空隙由大变小,水流不断受阻,地下水面被迫抬升并在某些低洼地区露出地面,使地下水以泉的形式排泄到山前湖泊或沼泽中。
图(b)所示为山区的山前盆地或河谷地区的水动力剖面。
高山基岩区渗入地下的大气降水,在基岩山体的裂隙中,由高处向低处流动,当河谷或盆地切割了地下水面时,地下水由河谷的岸边或盆地的边缘以泉的形式流出地表,再流入河流中。
图(c)所示为向斜构造发育山区水动力剖面。
在含水层露头较高一端渗入地下的大气降水,在含水层中流动,在含水层露头较低的另一端以泉的形式流出地表。
图(d)所示为有断裂构造发育的山区水动力剖面。
由含水层露头较高处渗入地下的大气降水,在含水层中流动,在流动的途中遇到导水的断裂破碎带,水流则由水平流动变成垂直流动,沿着断裂带自下向上运动,以泉的形式流出地表。
5、地下气体有哪几类基本成因?
地震监测中主要监测哪几类地下气?
①大气成因,大气圈中的空气渗入地下而生成,以N2,O2为主。
②生物成因,微生物分解有机物与矿物盐类而生成,包括CH4,CO2,H2S,N2,H2重烃等。
③化学成因,岩石在高温高压下变质而生成,或者岩石在常温常压下发生化学反应而生成。
如CO2,H2S,H2,CH4,CO,N2,HCl,HF,NH3,B(OH)3,SO2。
Cl,S,CO2等。
④放射成因,放射性元素衰变生成,如He,Ar等。
⑤火山喷发成因,火山喷发物带出,包括CO2,CO,NH3,NH4,Cl,HCl,Cl2,S,N2等。
地震监测主要监测气氡、气汞,辅助测项有He、Ar、H2、CO2、N2、O2、CH4、H2S等。
6、按照地下水温度的高低分类,地下水类型分为哪几类?
分为过冷水(<0℃);
冷水(0℃—20℃);
热水(20℃—100℃);
过热水(>100℃)。
7、用于地震监测的氡是由哪类放射性元素衰变的?
半衰期为多少天?
氡是放射性元素铀(238U)系、锕(235Ac)系与钍(252Th)系的衰变产物。
由铀系衰变产生的222Rn半衰期为3.825天,由锕系衰变产生的219Rn的半衰期为3.92秒,由钍系衰变产生的220Rn的半衰期为54.4秒,他们都是氡的同位素。
用于地震监测的主要是222Rn。
第三章地下流体动态及其类型与特征
1、从地震研究角度分类,地下流体动态主要分为哪几类?
各类动态的特点是什么?
主要是分为正常动态与异常动态。
正常动态指无地震活动和干扰情况下,能够表征某种周期性环境影响或动力作用相对稳定的一种动态。
对正常动态,还可进一步分为多年动态、年动态、月动态、日动态等,各类动态反映不同层次的变化规律。
每一类正常动态还可从成因、形态等特征分为各种各样的动态。
异常动态指在某一时间段内受到构造作用和其他因素影响出现的非稳定变化的一种动态。
因此异常动态又可分为干扰异常动态(主要从引起干扰的各种因素分类),构造异常动态(非地震因素的地质动力作用),地震异常动态(从与地震活动的关系角度分类)。
2、什么是地下水位前驱波?
其主要特点是什么?
水位前驱波是地下水观测中一类特殊的物理现象。
这些现象多出现在水震波记录前几小时至几十小时,其波动周期为几分钟至几十分钟,其幅度远远小于水震波的震荡幅度,多为几毫米至几十毫米。
对于这种现象,已有一些学者研究认为是大地震发生前震源体内成“核”的信息,即震源体快速破裂前的一个蠕变过程产生的,具有一定的地震预测研究意义。
3、什么是地下流体测项的地震异常?
由构造过程和地震活动引起的异常称为地震异常,包括震兆异常,同震异常和震后异常。
4、地下流体中可能存在哪些干扰异常类型?
①观测技术系统干扰,主要指由仪器设备、仪器运行环境、仪器操作管理引起的干扰异常。
②观测条件改变的干扰,由观测井或其他观测条件改变产生的干扰异常。
③观测环境变化的干扰,如由井区自然环境、井区人类活动、地质动力活动等引起的干扰。
5、台站观测环境变化引起的干扰异常主要有哪些?
特点是什么?
①地表水体引起的干扰异常。
此类干扰较为常见,其干扰机制一是地表水体的深入补给,二是地表水体的荷载作用。
②地下水开采引起的干扰异常。
一些浅层观测井和工业区观测井受地下水开采引起的干扰较为普遍。
③地下注水引起的干扰异常。
其特点是向含水层加压注水,其结果必然引起观测井地下流体动态的异常变化。
④矿山开采活动引起的干扰异常。
一是矿山爆破,其次是矿震活动,三是矿井疏干排水。
⑤其他环境干扰异常。
主要指列车荷载、滑坡与泥石流活动等引起的干扰异常。
第四章地下流体观测网与观测站
1、我国从哪年开始地下流体观测研究工作,目前已经建成哪三个地下流体观测网?
1966年开始的。
地下水动态观测网、地热观测网和水文地球化学观测网三类。
2、我国地下流体观测含水层的类型主要有哪几类?
比较适合进行地震监测的含水层有哪些特点?
观测含水层的类型以结晶岩(岩浆岩、变质岩)裂隙含水层为最多,其次是碳酸盐岩溶含水层,再次是胶结的砂岩孔隙-裂隙含水层,但半胶结的与未胶结的砂岩孔隙含水层也占一定比例。
特点①最好位于强震活动区,而且位于其中的活动断裂带上;
②深度大,承压性高。
③受外界影响很小,动态变化较稳定。
3、根据有关技术规范,我国地下流体观测网分哪几类,主要包含哪些观测项目?
地下流体观测网以观测功能和技术指标要求,分为地下流体固定观测网和地下流体流动观测网两类。
其中地下流体固定观测网按照功能、布局原则和观测站技术指标不同,可分为地下流体Ⅰ级固定观测网和地下流体Ⅱ级固定观测网。
主要有水位、水温、氡、汞等四个测项,有些台站还观测常量离子、微量组分、气体总量、氢气、氦气等。
4、地下流体观测站(点)的观测场地勘选有哪些基本要求?
被选的地下流体观测站应具有如下条件:
①观测区资料齐全,地质—水文地质条件清楚。
②观测点应选择在对应力应变敏感的构造部位。
具体位置是指现今活动断裂带上,特别是活动断裂带的端点、拐点及断裂的交汇部位。
③观测点还可选择在有深部物质上涌的部位。
④观测区内应发育有承压性和封闭性好的含水层。
⑤观测区应避开周围环境的干扰。
避免选在多雷区、有滑坡、泥石流、洪水等不良地质动力作用活跃的地区。
5、保护地震地下流体观测环境的目的是什么?
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。
6、在使用干扰源与观测井间最小距离规定中,应考虑哪些相关问题?
干扰源与观测井间最下距离规定,在干扰源与观测井间存在任何一个或两个都已存在的条件下使用。
干扰源与观测井间存在任何一个时,采用“以先为主,后者避让”的原则,即若干扰源先存时观测井应选在规定距离之外,若关测井先存时干扰源则应出现在规定距离之外。
干扰源与观测井都同时存在时,且二者间最小距离小于规定距离时,应双方协商处理。
本标准中有关最小距离的规定,一般都是针对极端情况而提出的距离,而且一个规定的距离值往往对应一个范围内的条件。
因此若出现一些“中间”状态下的距离确定问题,应采用“按比例分割距离”的原则。
第五章井水位动态观测
1、机械式水位仪的构造与工作原理是什么?
机械式水位仪构造与工作原理,如下图所示。
①浮标;
②重锤;
③吊绳;
④滑轮;
⑤滚筒;
⑥记录笔;
⑦时间传动部件(包括时钟);
⑧走时轮;
⑨拉簧钢丝绳
井水位的变化,改变浮标的浮力,从而使浮标随水位的变化而升降,并通过吊绳带动滑轮转动,此时固定在滑轮上的记录滚筒也同步转动,使记录笔把水位升降量勾绘在滚筒的记录纸上。
与此同时,时钟输出的输出力矩带动拉笔钢丝运动,使固定在钢丝上的记录笔又随时钟而移动,从而把水位随时间变化的过程记录在滚筒记录纸上。
2、水位仪传感器与水位仪主机之间用特殊结构的专用导气电缆连接,电缆内部除导线外,还有什么管线?
其起什么作用?
电缆内部除导线外还有一条导气管,其作用是与大气连通对传感器进行气压补偿。
3、列出液体内部压强与其深度的函数关系式并分别说明其物理含义。
P=ρɡh由于一口井的井水体密度ρ,重力加速度ɡ都是常数,所以压强P与井中水柱高度H为正比关系。
4、传感器投放结束后,要准确测量其投放深度,最后将传感器电缆在井口牢固固定,为什么要准确测量其投放深度?
投放深度是水位测量值的最基础数据。
它关系到水位值的准确性。
静水位观测值H静=H0-h
H0为井口某一固定位置到传感器底部间的垂直距离;
h为传感器产出的等效水柱高度。
动水位观测值H动=H1+h(传感器底端位于泄流口中心面以上时)或H动=h-H1(传感器底端位于泄流口中心面以下时)。
H1为传感器底部至泄流口中心面间的垂直距离,此距离要通过井口到传感器底部间的垂直距离以及进口至泄流口中间面的垂直距离求得。
5、使用LN-3型数字水位仪为什么应该注意保持传感器外塑料壳开口与大气连通,并要防止开口潮湿凝结水流入管内?
与大气相通是为了使导气管与气压连通对传感器进行气压补偿,同时要防止传感器内部进水而损坏传感器。
6、熟悉LN-3型数字水位仪故障排除方法,水位输出信号不稳定的4种最有可能的原因是什么?
水位输出信号不变化的3种最有可能的原因是什么?
水位输出信号不稳定可能是:
①环境干扰。
②传感器接插件接触不良。
③传感器通气导管进水。
④仪器内部线路板上插件及其连线故障。
水位输出信号不变化可能是:
①传感器底部导气孔被堵塞。
②传感器因水位下降而露出水面。
③水位稳定不变。
7、简述LN-3型数字水位仪的现场线性检查方法。
目前可以采取改动水位传感器位置的方法来进行。
具体如下:
把传感器的输出电缆死死固定在井口的前提下,先分5次提升传感器的放置深度,每次提升是测量传感器被提升的高度并同时记录数字显示器中显示出的相应的读数;
然后分5次下方传感器的放置深度,每次下放时也同样测量传感器被下放的深度与显示器中的读数(一般而言每次升降的幅度以20cm为宜);
最后分别会出两组数据关系图。
若把传感器下放到原位时,其终点水位数值与提升前的初始数据吻合,而且提升与下降过程中两组数据关系均呈线性且两条关系曲线完全吻合时,可确认水位仪的工作是正常的。
否则需要进行检修及水位仪的室内标定。
第六章地热动态观测技术
1、地热观测作为地震预测的重要手段的基本原理是什么?
将特定的研究区域视为一个系统(由发震构造、地质条件、地热背景等组成),地震孕育时,震源力作为一个输入作用在这个系统上,在震源作用下,该系统将同外部发生能量和信息交换,系统内部也会相互制约、相互作用,使地热场发生变化。
由孕育地震的震源应力场作用于稳态地热场而产生的动态地热场,被定义为附加地热场。
附加地热场包括前兆、同震反应、震后调整及强余震前兆,即附加地热场与地震有一定的对应关系,研究附加地热场的形成机制、演变过程、特征及其与地震的对应关系,就是地热前兆应用于地震预测的关键。
2、根据温度传感器的基本原理,地热(水温)观测仪器主要有哪几个类型?
有热敏电阻传感器、半导体温度传感器、铂电阻温度传感器、石英温度传感器四个类型。
3、根据地热数字化观测技术要求,观测井孔及测量部位的选择主要有哪些指标?
观测室与井房的技术要求的主要内容是什么?
观测井要求:
①地热前兆观测井要选择封闭性的承压水井,井孔内径大于36毫米,静水位井井深不超过1000米,水温不超过100℃。
试验抽水井及间断抽水井不能选用。
②选择地热观测井要了解井孔内的沉积速度和水质矿化成份。
沉积速度过高、腐蚀性强和含油的水井不能选用。
③选择的地热前兆观测井,其地质、水文地质、钻孔柱状图等基础资料必须齐全。
地热前兆观测环境要求①观测方必须具220V交流电,配备12V100AH直流电瓶。
②必须具备避雷设施。
③观测房仪器环境温度为5—40℃,湿度小于百分之八十。
④观测室与观测井的距离一般不超过100米,户外部分要将电缆套入钢管埋入地下50公分以上。
第七章
测氡技术
1、观测氡气有哪些常用方法?
有氡的瞬时测量法,主要测量仪器有金箔静电计、FD-105型静电计、FD-105K型静电计、FD-125型氡钍分析器、SD-3A型自动测氡仪等。
还有氡的积累测量法,包括径迹蚀刻法、氡膜法和活性炭吸附法等。
2、观测水氡用于地震监测的理论依据是什么?
地壳中的氡有自己的衰变规律,氡在水及岩土中可以溶解、吸附、迁移、扩散,而上述特性又同发生作用的环境温度、压力、介质等多种因素有关。
因此,当地震孕育过程波及到观测含水层时,引起上述因素的任何变化,都可能影响含水层地下水中的氡射气含量,所以,连续观测地下水中氡含量的变化有可能捕捉到地震孕育与发生的信息。
3、电离静电计法和闪烁脉冲计数法的基本原理是什么?
电离静电计法:
氡气被鼓入电离室,氡及其子体的α-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α-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。
4、氡观测的影响因素都有哪些?
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
第八章
测汞技术
1、汞有哪些主要的物理化学性质?
①电离势高,1价和2价汞易从化合物中还原成零价汞;
②具有化学稳定性,不易同其它物质发生化学反应;
③汞能溶解许多金属而形成金汞齐,且易被黄金吸附;
④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;
⑤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。
2、汞观测的技术思路是什么?
①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。
②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。
③汞具有很高的蒸汽压。
沿断裂带和岩石空隙的迁移能力强。
④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。
3、汞观测的对象有哪些?
①井(泉)水中汞(水汞)。
②断层带土壤气中汞(土汞)。
③井口逸出气中汞(气汞)。
第九章
地壳中的流体与地震活动
1、简述地下流体在地震中的作用与表现?
①主动参与,孕震机理:
流体渗入固体介质的孔隙(或裂隙)过程中,固体的某些力学性质和物理化学性质会有显著的变化,特别是抗剪强度会明显降低。
流体无所不在,积极地参与了地壳的各种运动,特别是在地震的孕育和发生中起着不可忽视的作用。
②被动反应,地震前兆:
地壳内固体与流体间存在着力学和物理化学方面的动态平衡,在固体受力变形、破裂的过程(地震)中,通过岩石—水—气间的相互作用、能量传递和物质交换,把深部信息传递到浅部。
于是就可以观测到地震前兆。
第十章
流体前兆异常落实工作
1、什么是地震前兆异常?
同地震孕育与发生过程有直接关系或间接关系的地下介质的物理场与化学场的异常变化。
2、简述异常落实的基本程序。
基本程序如下:
核实观测数据---检查仪器状态---检查观测操作---调查环境干扰---调查气象异常---调查偶然因素---必要的实验对比---与震例对比分析---编写异常落实报告。
3、地下流体异常识别方法有哪些?
①动态曲线分析法。
②差分法。
③自适应阈值法。
④剩余曲线法。
⑤从属函数法。
⑥其他方法。
第十一章
地震预报经验
1、根据水位异常预测地震震级的方法有哪些?
①从异常的分布范围预测震级。
②从异常持续时间预测震级。
③从异常形态及其组合特征预测震级。
④从异常数量预测震级。
⑤从异常时空迁移图像预测震级。
2、异常的加速、转折、突跳、振荡可以帮助判别地震预测的哪一类要素?
可以帮助判别发震时间的预测。
3、利用流体异常预测地震发震地点的方法有哪些?
①从异常的空间展布图像特征中预测震中。
②从异常的时空的演化特征预测震中。
③从异常的数量与密度预测震中。
④从异常的形态与幅度特征预测震中。
第十二章流体观测数据的处理方法
1、地下流体观测资料处理的工作内容有哪些?
①对数据观测资料的质量进行定量评估。
②排除观测数据中的有关干扰成分。
③提取与地震孕育、发生过程有关的信息。
2、常规的观测数据处理方法有哪些?
①相关分析与回归分析方法。
②滤波分析法。
③调和分析方法。
④周期分析方法。
⑤小波分析方法。
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