基于井水位同震響應(yīng)監(jiān)測(cè)井效能評(píng)價(jià)體系研究——以華北地塊區(qū)為例.pdf

1、地震地下流體監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)在地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中發(fā)揮了重要作用，尤其是對(duì)破壞性地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的效果與能力十分顯著。然而，井網(wǎng)的建設(shè)與運(yùn)行中也暴露了監(jiān)測(cè)井監(jiān)管部門層級(jí)復(fù)雜，監(jiān)測(cè)井結(jié)構(gòu)與質(zhì)量參差不齊，觀測(cè)儀器采樣率低、數(shù)據(jù)缺失率高等諸多問(wèn)題，嚴(yán)重制約了地下流體在地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中作用的充分施展。如何選擇監(jiān)測(cè)井的點(diǎn)位，如何確定地震引起的監(jiān)測(cè)井水位變化的影響要素，如何對(duì)監(jiān)測(cè)井效能進(jìn)行評(píng)估，都是值得深入探討和亟待解決的科學(xué)問(wèn)題。在當(dāng)前的形式下，地下流體監(jiān)測(cè)井效能評(píng)

2、價(jià)體系研究是具有非常重要的理論與實(shí)際意義。本文基于孔彈性理論與應(yīng)變模型，以完整的典型構(gòu)造單元的監(jiān)測(cè)井為研究對(duì)象，依托井水位同震響應(yīng)研究成果，首次嘗試采用改進(jìn)的FCE-AHP方法開(kāi)展監(jiān)測(cè)井效能定量化評(píng)價(jià)體系研究?？捎糜趯?duì)現(xiàn)有地震地下流體監(jiān)測(cè)井的篩選與評(píng)估，也可為在建及計(jì)劃建設(shè)的地下流體監(jiān)測(cè)井提供參考依據(jù)，對(duì)于同類塊體構(gòu)造單元的相似現(xiàn)象分析也具有借鑒作用。論文的主要成果如下:
　　(1)監(jiān)測(cè)井效能評(píng)價(jià)方法研究。通過(guò)對(duì)專家評(píng)價(jià)法、多目標(biāo)

3、決策方法(MODM)等7種現(xiàn)階段主要的綜合評(píng)價(jià)方法的評(píng)析與研究，認(rèn)為改進(jìn)的FCE-AHP法是最符合監(jiān)測(cè)井效能評(píng)價(jià)指標(biāo)特點(diǎn)的評(píng)價(jià)方法。利用層次分析法與變異系數(shù)法計(jì)算組合權(quán)重，并引入隸屬度函數(shù)確定模糊關(guān)系矩陣，從指標(biāo)賦權(quán)和綜合評(píng)價(jià)隸屬度計(jì)算兩方面對(duì)傳統(tǒng)法進(jìn)行了修正，有效地避免了評(píng)價(jià)的主觀隨意性，使評(píng)價(jià)結(jié)果更為合理。
　　(2)監(jiān)測(cè)井效能評(píng)價(jià)體系研究。強(qiáng)調(diào)以井-含水層系統(tǒng)為評(píng)價(jià)主體，分析了同震與前兆對(duì)井-含水層系統(tǒng)的作用過(guò)程，根據(jù)監(jiān)測(cè)井

4、效能評(píng)價(jià)的基本原則及評(píng)價(jià)依據(jù)，確立了基于井水位同震響應(yīng)的監(jiān)測(cè)井效能評(píng)價(jià)體系。從觀測(cè)背景、觀測(cè)儀器與配套設(shè)施以及觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量三方面，較全面地總結(jié)了監(jiān)測(cè)井效能的影響因子及其評(píng)價(jià)參考值，共計(jì)29項(xiàng)。以此為基礎(chǔ)對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了初步篩選，選取了具有典型性和代表性的可量化指標(biāo)20項(xiàng)。最終確立了多目標(biāo)監(jiān)測(cè)井效能綜合評(píng)價(jià)的步驟，并給出了監(jiān)測(cè)井效能評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選的流程。
　　(3)典型構(gòu)造單元井水位同震響應(yīng)規(guī)律研究。以華北地塊區(qū)為典型區(qū)進(jìn)行實(shí)例研究，

5、選取地塊區(qū)161口地下流體監(jiān)測(cè)井為研究對(duì)象，首先以遠(yuǎn)場(chǎng)大震為觸發(fā)條件，采用數(shù)值分析的方法，探討華北地塊區(qū)域大尺度面狀井水位同震響應(yīng)規(guī)律。繼而探討不同規(guī)模斷裂帶附近井的響應(yīng)規(guī)律。由于采用分鐘值序列數(shù)據(jù)，該統(tǒng)計(jì)結(jié)果存在一定的局限性。
　　(4)華北地塊區(qū)同震水位變化影響要素分析。利用SPSS中的回歸分析法確定井水位變化與震中距、震級(jí)的關(guān)系，采用Matlab對(duì)井水位變化進(jìn)行頻譜分析，揭示監(jiān)測(cè)井水位同震響應(yīng)頻段，同時(shí)利用Baytap-G程

6、序提取潮汐因子、振幅比與相位差，進(jìn)而分析地震引起的井-含水層滲透性變化規(guī)律，并對(duì)地塊區(qū)不同部位進(jìn)行響應(yīng)敏感度空間分析。影響要素分析結(jié)果充分體現(xiàn)了同震水位變化的復(fù)雜性，利用單一個(gè)指標(biāo)無(wú)法真正揭示監(jiān)測(cè)井對(duì)應(yīng)力應(yīng)變的響應(yīng)能力。以上研究成果，也為華北地塊區(qū)監(jiān)測(cè)井效能評(píng)價(jià)指標(biāo)的篩選提供參考依據(jù)。
　　(5)華北地塊區(qū)監(jiān)測(cè)井效能綜合評(píng)價(jià)研究。結(jié)合監(jiān)測(cè)井背景資料缺失情況，計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重，將同震響應(yīng)率、同震響應(yīng)幅度、潮汐因子、距活動(dòng)斷裂帶的距離、

7、距干擾源的距離、觀測(cè)井深度、井徑及含水層滲透系數(shù)8個(gè)最能體現(xiàn)監(jiān)測(cè)井效能的參數(shù)，作為典型區(qū)監(jiān)測(cè)井效能的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。利用改進(jìn)的FCE-AHP法對(duì)具有同震響應(yīng)的74口“十五”觀測(cè)井進(jìn)行評(píng)價(jià)與等級(jí)評(píng)定?？傮w來(lái)看，華北地塊區(qū)地震地下流體水位監(jiān)測(cè)井整體效能偏低，優(yōu)秀井?dāng)?shù)量偏少，良好、中等井比重較大。因此，以地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)為目標(biāo)的地下流體監(jiān)測(cè)井網(wǎng)優(yōu)化與完善是十分有必要的。
　　由于監(jiān)測(cè)井效能評(píng)價(jià)尚處在探索階段，本文的評(píng)價(jià)過(guò)程中存在背景資料缺失、