潮汐力是一种可以精确计算的力源,它引起的井水位潮汐现象揭示了地下水与岩石形变的耦合关系,一直受到水文学、地震学界的关注。固体潮是日、月和近地行星对地球的引力变化所导致的地球内部和表面的周期性形变。通过研究含水层孔压与井水位对固体潮的响应,分析井水位潮汐现象,不仅可以获得含水层介质特性和水力学参数,而且也是探究构造运动的一种有效手段。针对均质各向同性介质,论文应用线性孔弹性应力均衡方程,研究不排水条件下各向同性饱水岩石在引潮力作用下的体应变,推导出饱水岩石孔压对引潮高的线性响应方程,定义了孔压的潮汐响应系数(E)的物理意义,并且给出它的值域范围。针对裂隙介质,论文在Bower(1983)单裂隙流体压力潮汐振幅和相位差与裂隙产状关系研究的基础上,建立单裂隙和多裂隙流压-引潮高振幅比和相位差响应模型,分析岩石弹性参数对振幅比和相位差的影响,绘制出单裂隙流体压力潮汐分波振幅比和相位差与裂隙产状的关系曲线。裂隙含水层潮汐振幅和相位差受裂隙产状的影响,振幅比随裂隙倾角增大而增大,相位差几乎不受岩石弹性参数的影响。潮汐力作用于井和含水层,导致井-含水层之间的径向水流交换。Hsieh(1987)推导了径向流条件下,井水位-含水层孔压的振幅比和相位差公式。在Hsieh(1987)公式基础上,本文进一步推导了井水位-引潮高的振幅比和相位差公式,并定义了振幅比和相位差的物理意义。径向流作用下所产生的振幅和相位差主要随径向导水系数变化而变化。根据振幅和相位差随导水系数变化变化特征,把井-含水层耦合关系分为三个区间：耦合区、过渡区和非耦合区。若含水层具有较高的径向导水系数,井水位可以及时响应孔压变化,径向振幅比接近于1,相位滞后为0或较小,井水位与孔压充分耦合,故称为耦合区；若径向导水系数很小,井与含水层之间存在较大的水力梯度,相位滞后较多,径向流振幅比A较小,井水位潮汐现象不明显,井水位与孔压不能充分耦合,故称为非耦合区；界于耦合区和非耦合区为过渡区,在过渡区内,径向流振幅比和相位差滞后随导水系数变化显著。应用井水位-引潮高的振幅比和相位差公式,结合井水位与孔压的耦合关系划分,提出根据井水位潮汐分析估计含水层导水系数的方法,并开展井-含水层耦合关系案例分析。潮汐力作用于垂向不均匀含水层,导致垂向含水层之间的水流交换。本文利用地下水动力学和固体潮理论,建立垂向流条件下含水层孔压潮汐振幅和相位差对引潮位的响应模型,研究含水层孔压-引潮高的振幅比和相位差与含水层力学特征和水动力学参数之间的关系。垂向流所产生的潮汐振幅和相位差变化,解释了井水位-引潮高的相位差为正的情况。在上述研究基础上,进一步推导了径向和垂向流情况下,井水位-引潮高的振幅比和相位差公式。根据两波(M2和O1波)作用下井水位-引潮高的振幅比和相位差的关系,以及M2波作用下井水位-引潮高的振幅比和相位差的变化,提出识别含水层中潮汐径向流、垂向流和混合流的方法。这些研究进一步提高了对井水位潮汐振幅和相位差形成机理的认识水平。地震使井水位发生变化的同时,也会以多种形式影响含水层渗透系数甚至改变含水层孔弹性参数,进而引起井水位潮汐振幅和相位差的变化。在静应力作用下,含水层产生孔弹性响应,改变含水层渗透系数；地震波使含水层与井之间水流交换增加,通过孔隙(裂隙)内胶体颗粒的活化迁移、非润湿相气泡或液滴活化迁移等机制,提高含水层渗透系数,振幅和相位差阶升,其后逐渐恢复。振幅和相位差的长期趋势性变化反应出含水层在构造应力作用下的应变信息。当断裂带受到挤压时,裂隙闭合,导水系数降低,相应地,振幅减小,相位差下降。当裂隙膨胀时,导水系数提高,振幅上升,相位差上升。应用井水位振幅比和相位差理论研究成果,提取小江断裂带不同区段形变信息,分析小江断裂带各区段的形变特征；解译滇中、滇南地区地下水位持续下降的原因；分析汶川地震后江油井所在区域地壳应力变化和井水位大幅度变化成因。