教材《地震地下流體理論基礎與觀測技術》各章節(jié)習題答案

第一章緒論

第二章地下流體及其基本特征1、地下流體的基本概念是什么？地下流體與地殼流體的關系是什么？答：地下流體指賦存并活動于地表以下巖石圈中，特別是地殼中的流體。地殼流體指地殼中一切可流動的物質(zhì)，水圈與大氣圈中的水與氣體是地殼流體的主體。除此之外，還包括巖石圈中各類巖石與礦物中含有的流體，巖石圈之下呈塑性流動狀態(tài)的軟流圈，以及主要活動于上地幔與下地殼中的巖漿等。地下流體實質(zhì)上就是地殼流體。

2、地下水的隔水層與含水層各有什么特征，隔水層是否能夠進行地下水的交換？答：含有重力水的巖層稱為含水層。含水層可按賦存地下水的空隙類型分為空隙水層、裂隙水層和巖溶水層。在孔隙含水層發(fā)育的地區(qū)，常常是多個含水層相互交替、相互連通，形成含水巖組。在裂隙含水層發(fā)育的地區(qū)，含水層常呈帶狀發(fā)育，成為含水帶。巖溶水層指溶隙中賦存地下水的巖層，又稱喀斯特含水層。隔水層指不允許重力水自由流動的巖層。常見于黏土層、泥巖、頁巖等空隙率低且空隙尺寸很小的巖層，此外，裂隙與溶隙很不發(fā)育的各種巖石也可形成隔水層或隔水帶。隔水層具有“相對”的概念，隔水層的隔水性能是在一定條件下隔水。

3、地下水的埋藏類型中的承壓含水層有什么特征？答：承壓含水層指充滿于兩個隔水層之間的含水層。①承壓水層中的地下水，一般承受壓力，壓力主要來自補給區(qū)的高水頭壓力和含水層以上巖土層的重力。在承壓含水層鉆井時，井水位有時會升到地面以上，成為自流井。②承壓含水層的補給區(qū)、徑流區(qū)、排泄區(qū)不一致。③承壓水，由于限定在兩個隔水層之間，與大氣、地表水的聯(lián)系較弱。④承壓水受人為影響較小，動態(tài)變化較穩(wěn)定。⑤承壓水的水質(zhì)較好。

4、地下水的動力系統(tǒng)有哪幾部分組成？包括哪幾種典型的水動力系統(tǒng)？答：地下水的動力系統(tǒng)由由地下水的補給、徑流與排泄系統(tǒng)組成。在系統(tǒng)中地下水由補給區(qū)向排泄區(qū)運動。上圖所示為水動力系統(tǒng)的典型實例。圖（a）所示為山前沖洪積扇地區(qū)的水文地質(zhì)剖面。山區(qū)基巖地區(qū)滲入地下的大氣降水由山區(qū)向山前松散堆積平原區(qū)流動，一方面由于地形坡度較地下水面的坡度大得多，另一方面由于含水層中沙礫的顆粒由粗變細，空隙由大變小，水流不斷受阻，地下水面被迫抬升并在某些低洼地區(qū)露出地面，使地下水以泉的形式排泄到山前湖泊或沼澤中。圖（b）所示為山區(qū)的山前盆地或河谷地區(qū)的水動力剖面。高山基巖區(qū)滲入地下的大氣降水，在基巖山體的裂隙中，由高處向低處流動，當河谷或盆地切割了地下水面時，地下水由河谷的岸邊或盆地的邊緣以泉的形式流出地表，再流入河流中。圖（c）所示為向斜構造發(fā)育山區(qū)水動力剖面。在含水層露頭較高一端滲入地下的大氣降水，在含水層中流動，在含水層露頭較低的另一端以泉的形式流出地表。圖（d）所示為有斷裂構造發(fā)育的山區(qū)水動力剖面。由含水層露頭較高處滲入地下的大氣降水，在含水層中流動，在流動的途中遇到導水的斷裂破碎帶，水流則由水平流動變成垂直流動，沿著斷裂帶自下向上運動，以泉的形式流出地表。

5、地下氣體有哪幾類基本成因？地震監(jiān)測中主要監(jiān)測哪幾類地下氣？答：①大氣成因，大氣圈中的空氣滲入地下而生成，以N2，O2為主。②生物成因，微生物分解有機物與礦物鹽類而生成，包括CH4，CO2，H2S，N2，H2重烴等。③化學成因，巖石在高溫高壓下變質(zhì)而生成，或者巖石在常溫常壓下發(fā)生化學反應而生成。如CO2，H2S，H2，CH4，CO，N2，HCl，HF，NH3，，SO2。Cl，S，CO2等。④放射成因，放射性元素衰變生成，如He，Ar等。⑤火山噴發(fā)成因，火山噴發(fā)物帶出，包括CO2，CO，NH3，NH4，Cl，HCl，Cl2，S，N2等。地震監(jiān)測主要監(jiān)測氣氡、氣汞，輔助測項有He、Ar、H2、CO2、N2、O2、CH4、H2S等。

6、按照地下水溫度的高低分類，地下水類型分為哪幾類？答：分為過冷水（＜0℃）；冷水（0℃—20℃）；熱水（20℃—100℃）；過熱水（＞100℃）。

7、用于地震監(jiān)測的氡是由哪類放射性元素衰變的？半衰期為多少天？答：氡是放射性元素鈾（238U）系、錒（235Ac）系與釷（252Th）系的衰變產(chǎn)物。由鈾系衰變產(chǎn)生的222Rn半衰期為3.825天，由錒系衰變產(chǎn)生的219Rn的半衰期為3.92秒，由釷系衰變產(chǎn)生的220Rn的半衰期為54.4秒，他們都是氡的同位素。用于地震監(jiān)測的主要是222Rn。

第三章地下流體動態(tài)及其類型與特征1、從地震研究角度分類，地下流體動態(tài)主要分為哪幾類？各類動態(tài)的特點是什么？答：主要是分為正常動態(tài)與異常動態(tài)。正常動態(tài)指無地震活動和干擾情況下，能夠表征某種周期性環(huán)境影響或動力作用相對穩(wěn)定的一種動態(tài)。對正常動態(tài)，還可進一步分為多年動態(tài)、年動態(tài)、月動態(tài)、日動態(tài)等，各類動態(tài)反映不同層次的變化規(guī)律。每一類正常動態(tài)還可從成因、形態(tài)等特征分為各種各樣的動態(tài)。異常動態(tài)指在某一時間段內(nèi)受到構造作用和其他因素影響出現(xiàn)的非穩(wěn)定變化的一種動態(tài)。因此異常動態(tài)又可分為干擾異常動態(tài)（主要從引起干擾的各種因素分類），構造異常動態(tài)（非地震因素的地質(zhì)動力作用），地震異常動態(tài)（從與地震活動的關系角度分類）。

2、什么是地下水位前驅(qū)波？其主要特點是什么？答：水位前驅(qū)波是地下水觀測中一類特殊的物理現(xiàn)象。這些現(xiàn)象多出現(xiàn)在水震波記錄前幾小時至幾十小時，其波動周期為幾分鐘至幾十分鐘，其幅度遠遠小于水震波的震蕩幅度，多為幾毫米至幾十毫米。對于這種現(xiàn)象，已有一些學者研究認為是大地震發(fā)生前震源體內(nèi)成“核”的信息，即震源體快速破裂前的一個蠕變過程產(chǎn)生的，具有一定的地震預測研究意義。

3、什么是地下流體測項的地震異常？答：由構造過程和地震活動引起的異常稱為地震異常，包括震兆異常，同震異常和震后異常。

4、地下流體中可能存在哪些干擾異常類型？答：①觀測技術系統(tǒng)干擾，主要指由儀器設備、儀器運行環(huán)境、儀器操作管理引起的干擾異常。②觀測條件改變的干擾，由觀測井或其他觀測條件改變產(chǎn)生的干擾異常。③觀測環(huán)境變化的干擾，如由井區(qū)自然環(huán)境、井區(qū)人類活動、地質(zhì)動力活動等引起的干擾。

5、臺站觀測環(huán)境變化引起的干擾異常主要有哪些？特點是什么？答：①地表水體引起的干擾異常。此類干擾較為常見，其干擾機制一是地表水體的深入補給，二是地表水體的荷載作用。②地下水開采引起的干擾異常。一些淺層觀測井和工業(yè)區(qū)觀測井受地下水開采引起的干擾較為普遍。③地下注水引起的干擾異常。其特點是向含水層加壓注水，其結(jié)果必然引起觀測井地下流體動態(tài)的異常變化。④礦山開采活動引起的干擾異常。一是礦山爆破，其次是礦震活動，三是礦井疏干排水。⑤其他環(huán)境干擾異常。主要指列車荷載、滑坡與泥石流活動等引起的干擾異常。

第四章地下流體觀測網(wǎng)與觀測站1、我國從哪年開始地下流體觀測研究工作，目前已經(jīng)建成哪三個地下流體觀測網(wǎng)？答：1966年開始的。地下水動態(tài)觀測網(wǎng)、地熱觀測網(wǎng)和水文地球化學觀測網(wǎng)三類。

2、我國地下流體觀測含水層的類型主要有哪幾類？比較適合進行地震監(jiān)測的含水層有哪些特點？答：觀測含水層的類型以結(jié)晶巖（巖漿巖、變質(zhì)巖）裂隙含水層為最多，其次是碳酸鹽巖溶含水層，再次是膠結(jié)的砂巖孔隙-裂隙含水層，但半膠結(jié)的與未膠結(jié)的砂巖孔隙含水層也占一定比例。特點①最好位于強震活動區(qū)，而且位于其中的活動斷裂帶上；②深度大，承壓性高。③受外界影響很小，動態(tài)變化較穩(wěn)定。

3、根據(jù)有關技術規(guī)范，我國地下流體觀測網(wǎng)分哪幾類，主要包含哪些觀測項目？答：地下流體觀測網(wǎng)以觀測功能和技術指標要求，分為地下流體固定觀測網(wǎng)和地下流體流動觀測網(wǎng)兩類。其中地下流體固定觀測網(wǎng)按照功能、布局原則和觀測站技術指標不同，可分為地下流體Ⅰ級固定觀測網(wǎng)和地下流體Ⅱ級固定觀測網(wǎng)。主要有水位、水溫、氡、汞等四個測項，有些臺站還觀測常量離子、微量組分、氣體總量、氫氣、氦氣等。

4、地下流體觀測站（點）的觀測場地勘選有哪些基本要求？答：被選的地下流體觀測站應具有如下條件：①觀測區(qū)資料齊全，地質(zhì)—水文地質(zhì)條件清楚。②觀測點應選擇在對應力應變敏感的構造部位。具體位置是指現(xiàn)今活動斷裂帶上，特別是活動斷裂帶的端點、拐點及斷裂的交匯部位。③觀測點還可選擇在有深部物質(zhì)上涌的部位。④觀測區(qū)內(nèi)應發(fā)育有承壓性和封閉性好的含水層。⑤觀測區(qū)應避開周圍環(huán)境的干擾。避免選在多雷區(qū)、有滑坡、泥石流、洪水等不良地質(zhì)動力作用活躍的地區(qū)。

5、保護地震地下流體觀測環(huán)境的目的是什么？答：目的是遏止和減弱可能產(chǎn)生干擾異常的各類因素或作用的行為，確保地震觀測站觀測的各類動態(tài)是按著一定規(guī)律變化的正常動態(tài)，防止各類非規(guī)律性的干擾動態(tài)出現(xiàn)，以便地震活動期間能夠捕捉到非常顯著的地震前兆異常信息。

6、在使用干擾源與觀測井間最小距離規(guī)定中，應考慮哪些相關問題？答：干擾源與觀測井間最下距離規(guī)定，在干擾源與觀測井間存在任何一個或兩個都已存在的條件下使用。干擾源與觀測井間存在任何一個時，采用“以先為主，后者避讓”的原則，即若干擾源先存時觀測井應選在規(guī)定距離之外，若關測井先存時干擾源則應出現(xiàn)在規(guī)定距離之外。干擾源與觀測井都同時存在時，且二者間最小距離小于規(guī)定距離時，應雙方協(xié)商處理。本標準中有關最小距離的規(guī)定，一般都是針對極端情況而提出的距離，而且一個規(guī)定的距離值往往對應一個范圍內(nèi)的條件。因此若出現(xiàn)一些“中間”狀態(tài)下的距離確定問題，應采用“按比例分割距離”的原則。

第五章井水位動態(tài)觀測1、機械式水位儀的構造與工作原理是什么？答：機械式水位儀構造與工作原理，如下圖所示。①浮標；②重錘；③吊繩；④滑輪；⑤滾筒；⑥記錄筆；⑦時間傳動部件（包括時鐘）；⑧走時輪；⑨拉簧鋼絲繩井水位的變化，改變浮標的浮力，從而使浮標隨水位的變化而升降，并通過吊繩帶動滑輪轉(zhuǎn)動，此時固定在滑輪上的記錄滾筒也同步轉(zhuǎn)動，使記錄筆把水位升降量勾繪在滾筒的記錄紙上。與此同時，時鐘輸出的輸出力矩帶動拉筆鋼絲運動，使固定在鋼絲上的記錄筆又隨時鐘而移動，從而把水位隨時間變化的過程記錄在滾筒記錄紙上。

2、水位儀傳感器與水位儀主機之間用特殊結(jié)構的專用導氣電纜連接，電纜內(nèi)部除導線外，還有什么管線？其起什么作用？答：電纜內(nèi)部除導線外還有一條導氣管，其作用是與大氣連通對傳感器進行氣壓補償。

3、列出液體內(nèi)部壓強與其深度的函數(shù)關系式并分別說明其物理含義。答：P=ρɡh由于一口井的井水體密度ρ，重力加速度ɡ都是常數(shù)，所以壓強P與井中水柱高度H為正比關系。

4、傳感器投放結(jié)束后，要準確測量其投放深度，最后將傳感器電纜在井口牢固固定，為什么要準確測量其投放深度？答：投放深度是水位測量值的最基礎數(shù)據(jù)。它關系到水位值的準確性。靜水位觀測值H靜=H0-h

H0為井口某一固定位置到傳感器底部間的垂直距離；h為傳感器產(chǎn)出的等效水柱高度。動水位觀測值H動=H1+h（傳感器底端位于泄流口中心面以上時）或H動=h-H1（傳感器底端位于泄流口中心面以下時）。H1為傳感器底部至泄流口中心面間的垂直距離，此距離要通過井口到傳感器底部間的垂直距離以及進口至泄流口中間面的垂直距離求得。

5、使用LN-3型數(shù)字水位儀為什么應該注意保持傳感器外塑料殼開口與大氣連通，并要防止開口潮濕凝結(jié)水流入管內(nèi)？答：與大氣相通是為了使導氣管與氣壓連通對傳感器進行氣壓補償，同時要防止傳感器內(nèi)部進水而損壞傳感器。

6、熟悉LN-3型數(shù)字水位儀故障排除方法，水位輸出信號不穩(wěn)定的4種最有可能的原因是什么？水位輸出信號不變化的3種最有可能的原因是什么？答：水位輸出信號不穩(wěn)定可能是：①環(huán)境干擾。②傳感器接插件接觸不良。③傳感器通氣導管進水。④儀器內(nèi)部線路板上插件及其連線故障。水位輸出信號不變化可能是：①傳感器底部導氣孔被堵塞。②傳感器因水位下降而露出水面。③水位穩(wěn)定不變。

7、簡述LN-3型數(shù)字水位儀的現(xiàn)場線性檢查方法。答：目前可以采取改動水位傳感器位置的方法來進行。具體如下：把傳感器的輸出電纜死死固定在井口的前提下，先分5次提升傳感器的放置深度，每次提升是測量傳感器被提升的高度并同時記錄數(shù)字顯示器中顯示出的相應的讀數(shù)；然后分5次下方傳感器的放置深度，每次下放時也同樣測量傳感器被下放的深度與顯示器中的讀數(shù)（一般而言每次升降的幅度以20cm為宜）；最后分別會出兩組數(shù)據(jù)關系圖。若把傳感器下放到原位時，其終點水位數(shù)值與提升前的初始數(shù)據(jù)吻合，而且提升與下降過程中兩組數(shù)據(jù)關系均呈線性且兩條關系曲線完全吻合時，可確認水位儀的工作是正常的。否則需要進行檢修及水位儀的室內(nèi)標定。

第六章地熱動態(tài)觀測技術1、地熱觀測作為地震預測的重要手段的基本原理是什么？答：將特定的研究區(qū)域視為一個系統(tǒng)（由發(fā)震構造、地質(zhì)條件、地熱背景等組成），地震孕育時，震源力作為一個輸入作用在這個系統(tǒng)上，在震源作用下，該系統(tǒng)將同外部發(fā)生能量和信息交換，系統(tǒng)內(nèi)部也會相互制約、相互作用，使地熱場發(fā)生變化。由孕育地震的震源應力場作用于穩(wěn)態(tài)地熱場而產(chǎn)生的動態(tài)地熱場，被定義為附加地熱場。附加地熱場包括前兆、同震反應、震后調(diào)整及強余震前兆，即附加地熱場與地震有一定的對應關系，研究附加地熱場的形成機制、演變過程、特征及其與地震的對應關系，就是地熱前兆應用于地震預測的關鍵。

2、根據(jù)溫度傳感器的基本原理，地熱（水溫）觀測儀器主要有哪幾個類型？答：有熱敏電阻傳感器、半導體溫度傳感器、鉑電阻溫度傳感器、石英溫度傳感器四個類型。

3、根據(jù)地熱數(shù)字化觀測技術要求，觀測井孔及測量部位的選擇主要有哪些指標？觀測室與井房的技術要求的主要內(nèi)容是什么？答：觀測井要求：①地熱前兆觀測井要選擇封閉性的承壓水井，井孔內(nèi)徑大于36毫米，靜水位井井深不超過1000米，水溫不超過100℃。試驗抽水井及間斷抽水井不能選用。②選擇地熱觀測井要了解井孔內(nèi)的沉積速度和水質(zhì)礦化成份。沉積速度過高、腐蝕性強和含油的水井不能選用。③選擇的地熱前兆觀測井，其地質(zhì)、水文地質(zhì)、鉆孔柱狀圖等基礎資料必須齊全。地熱前兆觀測環(huán)境要求①觀測方必須具220V交流電，配備12V100AH直流電瓶。②必須具備避雷設施。③觀測房儀器環(huán)境溫度為5—40℃，濕度小于百分之八十。④觀測室與觀測井的距離一般不超過100米，戶外部分要將電纜套入鋼管埋入地下50公分以上。

第七章

測氡技術1、觀測氡氣有哪些常用方法？答：有氡的瞬時測量法，主要測量儀器有金箔靜電計、FD-105型靜電計、FD-105K型靜電計、FD-125型氡釷分析器、SD-3A型自動測氡儀等。還有氡的積累測量法，包括徑跡蝕刻法、氡膜法和活性炭吸附法等。

2、觀測水氡用于地震監(jiān)測的理論依據(jù)是什么？答：地殼中的氡有自己的衰變規(guī)律，氡在水及巖土中可以溶解、吸附、遷移、擴散，而上述特性又同發(fā)生作用的環(huán)境溫度、壓力、介質(zhì)等多種因素有關。因此，當?shù)卣鹪杏^程波及到觀測含水層時，引起上述因素的任何變化，都可能影響含水層地下水中的氡射氣含量，所以，連續(xù)觀測地下水中氡含量的變化有可能捕捉到地震孕育與發(fā)生的信息。

3、電離靜電計法和閃爍脈沖計數(shù)法的基本原理是什么？答：電離靜電計法：氡氣被鼓入電離室，氡及其子體的－射線使空氣分子電離，在外加電場作用下產(chǎn)生電離電流，使靜電計的石英絲偏移，目測指示絲移動的格值，計算水氡濃度。閃爍脈沖計數(shù)法：氡氣被鼓入電閃爍室，氡及其子體的－粒子沖擊閃爍室內(nèi)壁的硫化鋅（銀）閃爍體，激發(fā)出光子，經(jīng)光電倍增管進行光電轉(zhuǎn)換，并在陽極負載上形成脈沖電流，輸出負脈沖，經(jīng)電子線路放大、甄別、整形后被自動定標器記錄，根據(jù)在單位時間內(nèi)的脈沖計數(shù)計算出水氡濃度。

4、氡觀測的影響因素都有哪些？答：自然環(huán)境類：降雨、氣壓、氣溫、水溫、江河水、水庫。人類活動類：地下抽水、地下水回灌、礦井疏干、礦山爆破。觀測條件：觀測井結(jié)構、井口裝置、井水自流狀態(tài)、儀器工作環(huán)境、臺站工作環(huán)境。觀測工作：水樣的采集、觀測基準點、儀器與設備（老化、故障、更新等）、操作與規(guī)范、標定與檢查。其它偶然因素

第八章

測汞技術1、汞有哪些主要的物理化學性質(zhì)？答：①電離勢高，1價和2價汞易從化合物中還原成零價汞；②具有化學穩(wěn)定性，不易同其它物質(zhì)發(fā)生化學反應；③汞能溶解許多金屬而形成金汞齊，且易被黃金吸附；④揮發(fā)能力強。常溫下即具有明顯的蒸汽壓，它的蒸汽壓力、揮發(fā)速度隨溫度升高而急劇增加；⑤具有極強的穿透力，容易沿裂隙、孔隙等向周圍介質(zhì)擴散遷移。

2、汞觀測的技術思路是什么？答：①與地震活動有關的深部斷裂帶上都存在汞氣暈，某些汞氣濃度的增高與地震活動有關。②實驗表明巖層瞬時加壓和持續(xù)過程中汞量變化最為明顯、清晰。③汞具有很高的蒸汽壓。沿斷裂帶和巖石空隙的遷移能力強。④構造活動伴有應力、熱力作用，使圍巖與周圍介質(zhì)發(fā)生相互作用，定點、定期測量各種介質(zhì)中汞量變化可了解構造的活動性，捕捉地震前兆信息。

3、汞觀測的對象有哪些？答：①井（泉）水中汞（水汞）。②斷層帶土壤氣中汞（土汞）。③井口逸出氣中汞（氣汞）。

第九章

地殼中的流體與地震活動1、簡述地下流體在地震中的作用與表現(xiàn)？答：①主動參與，孕震機理：流體滲入固體介質(zhì)的孔隙（或裂隙）過程中，固體的某些力學性質(zhì)和物理化學性質(zhì)會有顯著的變化，特別是抗剪強度會明顯降低。流體無所不在，積極地參與