地震水文

地震水文研究水和地震相互作用的复杂过程。断层附近的孔隙水压可以降低断层的强度，从而促使地震的发生。而地震的发生也会改变岩石的水文性质（渗透性和蓄水性）或伴随地质水文现象，例如土壤液化、溪水增流、水井水位变化等。可以通过研究地震和水的相互作用研究水影响地震发生的控制因素和物理机制。本组在该方向的研究包括了断层地质水文结构以及动态岩石水文性质。

断层上孔隙水压的积累受到断层地质水文结构（岩石渗透系数和蓄水系数）的影响。所以定量化断层地质水文结构对断层附近孔隙水压积累以及其对地震发生的影响起到重要作用。我们采用距断层不同距离的多口水井水位对潮汐力、大气压力、地震波的响应对断层介质的水文性质以及地质水文结构进行实地连续观测。

地震的发生也会影响岩石的渗透性。地震发生的近场可以产生很多裂隙或同震应力的改变都可以改变岩石渗透性。地震波的传播也可以改变中远场区域岩石的渗透性。通过岩石渗透性的动态变化可以研究改变岩石渗透性的物理量和相关机制。

相关项目

我们采用水井水位对潮汐力的响应对美国加州Logan 采石场附近的San Andreas 断层的地质水文结构进行观测。发现岩石的渗透性和蓄水能力跟断层的距离有着很明显的依存关系。离断层越近的地方的岩石的渗透系数（permeability）和蓄水系数（specific storage）越高，但断层的水压传导系数（diffusivity）却不随断层距离变化，都是~10^-2 m²/s。该结果表明断层裂隙分布随断层距离的空间分布相关，并且断层附近没有一个低水压传导系数的区域带使得水压在断层附近积累（Xue et al., 2016）。

我们有幸和中国地质科学院地质研究所的李海兵研究员合作，利用汶川断层上深钻水井水位对潮汐力的响应，发现汶川地震断裂带的渗透性是～10^-2 m²/s，并且渗透性随时间周期震荡降低。这是第一次用连续水文观测的方法发现大震之后破坏和愈合相互作用的复杂过程（Xue et al., 2013）。

相关文章

Barbour, A. J., Xue, L., Roeloffs, E., Rubinstein, J. L. (2019). Leakage and increasing fluid pressure detected in Oklahoma‘s wastewater disposal reservoir.Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 124, 2896–2919, https://doi.org/10.1029/2019JB017327 [link].

Wang Chi-Yuen, Doan Mai-Linh, L. Xue and Barbour Andrew (2018), Tidal response of groundwater in a leaky aquifer: application to Oklahoma[J], Water Resources Research, 54(10) [link].

Xue, L., E. E. Brodsky, J. Erskine, P. M. Fulton, and R. Carter (2016), A permeability and compliance contrast measured hydrogeologically on the San Andreas Fault, Geochem. Geophys. Geosyst., 17, 858–871, doi:10.1002/2015GC006167 [link].

Allègre, V., E. E. Brodsky, L. Xue, S. M. Nale, B. L. Parker, and J. A. Cherry (2016), Using earth-tide induced water pressure changes to measure in situ permeability: A comparison with long-term pumping tests, Water Resource. Res., 52, 3113~3126, doi:10.1002/2015WR017346 [link].

Lai G., H. Ge, L. Xue, E. E. Brodsky, F. Huang and W. Wang(2014), Tidal response variation and recovery following the Wenchuan Earthquake from water level data of multiple wells in the near field, Tectonophysics, 619-620, 115-122, DOI: 10.1016/j.tecto.2013.08.039 [link].

Xue, L., H. B. Li, E. E. Brodsky et al., (2013) Continuous Permeability Measurements Record Healing inside the Wenchuan Earthquake Fault Zone, Science, 340 no. 6140, 1555-1559 [link].

地震活动性

除了正常的构造应力加载外，外来应力的扰动，例如潮汐力、大气压力、降雨量及地震波等外力扰动，会使得地震的活动性发生改变。通过地震活动性对外来应力的响应可以研究影响地震发生的物理机制。本组在该方向的研究主要是通过地震活动性对不同外力对响应来研究影响断层活动性的物理因素和过程。

相关项目

我们利用模版识别的方式探测2015年美国San Ramon区域持续一个多月的地震群（earthquake swarm）。精细的地震定位刻画出三条断层结构，每个断层上地震发生的震源机制都有所不同。显示了复杂的断层内部结构。地震群的时空演化揭示了水和断层活动相互作用的过程（Xue et al., 2018）。

相关文章

Xue, L., R. Bürgmann, D. R. Shelly, C. W. Johnson, T Taira(2018), Kinematics of the 2015 San Ramon, California earthquake swarm: Implications for fault zone structure and driving mechanisms, Earth and Planetary Science Letters,  489, 135-144 [link].

断层周期行为

断层的活动具有周期性，包括了震间应力加载、同震应力释放和震后应力调整三个阶段。对断层周期活动的研究，有助于认识断层的危险性，同震破裂特征以及震后断层面上或周围介质应力调整过程。本组在该方向的研究主要通过地表形变来研究断层震间形变积累和震后应力释放过程。

相关项目

我们利用InSAR和GPS联合反演哥斯达黎加半岛（Costa Rica）俯冲带的震间耦合模型。我们发现强闭锁的区域和同震大的破裂区域重合，部分闭锁区域和小震（tremor）发生区域重合，弱耦合区域和慢滑移区域重合(Xue et al., 2015)。

相关文章

Xue, L., S. Schwartz, Z. Liu, and L. Feng (2015), Interseismic megathrust coupling beneath the Nicoya Peninsula, Costa Rica, from the joint inversion of InSAR and GPS data, J. Geophys. Res. Solid Earth,120, 3707–3722, doi:10.1002/2014JB011844 [link].

                曹梦涵

                2020级研究生 

                研究方向：自动探测水井水位对地震波的响应

                联系方式：menghan319@stu.pku.edu.cn

Hu, K., Huang, Q., Xue, L. (2020). Groundwater Flow Monitoring by Fusion Probability Tomography of Self-Potential Data. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters [link].

Barbour, A. J., Xue, L., Roeloffs, E., Rubinstein, J. L. (2019). Leakage and increasing fluid pressure detected in Oklahoma‘s wastewater disposal reservoir.Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 124, 2896–2919, https://doi.org/10.1029/2019JB017327 [link].

Wang Chi-Yuen, Doan Mai-Linh, L. Xue and Barbour Andrew (2018), Tidal response of groundwater in a leaky aquifer: application to Oklahoma[J], Water Resources Research, 54(10) [link].

Xue, L., R. Bürgmann, D. R. Shelly, C. W. Johnson, T Taira(2018), Kinematics of the 2015 San Ramon, California earthquake swarm: Implications for fault zone structure and driving mechanisms, Earth and Planetary Science Letters,  489, 135-144 [link].

Xue, L., E. E. Brodsky, J. Erskine, P. M. Fulton, and R. Carter (2016), A permeability and compliance contrast measured hydrogeologically on the San Andreas Fault, Geochem. Geophys. Geosyst., 17, 858–871, doi:10.1002/2015GC006167 [link].

Allègre, V., E. E. Brodsky, L. Xue, S. M. Nale, B. L. Parker, and J. A. Cherry (2016), Using earth-tide induced water pressure changes to measure in situ permeability: A comparison with long-term pumping tests, Water Resource. Res., 52, 3113~3126, doi:10.1002/2015WR017346 [link].

Xue, L., S. Schwartz, Z. Liu, and L. Feng (2015), Interseismic megathrust coupling beneath the Nicoya Peninsula, Costa Rica, from the joint inversion of InSAR and GPS data, J. Geophys. Res. Solid Earth,120, 3707–3722, doi:10.1002/2014JB011844 [link].

Li, H., L. Xue, E. E. Brodsky, et al., (2015) Long-term Temperature Records following the Mw 7.9 Wenchuan Earthquake Imply Low Friction, Geology, DOI: 10.1130/G35515.1 [link].

Lai G., H. Ge, L. Xue, E. E. Brodsky, F. Huang and W. Wang(2014), Tidal response variation and recovery following the Wenchuan Earthquake from water level data of multiple wells in the near field, Tectonophysics, 619-620, 115-122, DOI: 10.1016/j.tecto.2013.08.039 [link].

Xue, L., H. B. Li, E. E. Brodsky et al., (2013) Continuous Permeability Measurements Record Healing inside the Wenchuan Earthquake Fault Zone, Science, 340 no. 6140, 1555-1559 [link].

Xue, L., J. Sun, and Z.-K. Shen, (2011) InSAR coseismic deformation observation of the Jan 12th Mw 7.0 Haiti earthquake and its coseismic slip distribution inversion. Seismology and Geology, Vol. 33 (in Chinese) [link].

Lay, T., C. J. Ammon, H. Kanamori, M. J. Kim, and L. Xue, (2011a) Outer trench-slope faulting and the great 2011 Tohoku (MW 9.0) earthquake, Earth Planets Space, 63(7), 713–718. DOI:10.5047/eps.2011.05.006 [link].

Lay, T., C. J. Ammon, H. Kanamori, L. Xue, and M. J. Kim, (2011b) Possible large near-trench slip during the great 2011 Tohoku (Mw 9.0) earthquake, Earth Planets Space, 63(7), 687–692. DOI:10.5047/eps.2011.05.033 [link].