涇縣鳳村井水位異常與地震關(guān)系分析

王 俊，王行舟，陶月潮，劉慶國，楊源源

（1.安徽省地震局，合肥 230031；2.宣城市地震局，安徽 宣城 242099）

涇縣鳳村井水位異常與地震關(guān)系分析

王 俊1，王行舟1，陶月潮1，劉慶國2，楊源源1

（1.安徽省地震局，合肥 230031；2.宣城市地震局，安徽 宣城 242099）

系統(tǒng)分析和整理了安徽涇縣鳳村井水位在（超遠(yuǎn)）距離強(qiáng)震前出現(xiàn)的異常變化及其特征。映震分析結(jié)果顯示：該井對遠(yuǎn)大震響應(yīng)較為靈敏，尤其是東南沿海、西太平洋、南太平洋的大震活動。希望研究結(jié)果有利于涇縣鳳村井后續(xù)水位異常的判別，增強(qiáng)其預(yù)測能力。

井水位；遠(yuǎn)大震；異常識別；映震

0 引言

地下水是地殼介質(zhì)中最活躍的組分之一，廣布于地殼深部介質(zhì)中，并具有流動性與難壓縮性特征，當(dāng)形成一個封閉條件的承壓含水層系統(tǒng)時，它能靈敏地反映巖體微小的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)變化，這已被許多觀測事實(shí)所證明[1-4]。而關(guān)于井水位的超遠(yuǎn)強(qiáng)震異常，80年代中期首先在我國地震地下水位動態(tài)觀測井網(wǎng)中被發(fā)現(xiàn)并陸續(xù)有報導(dǎo)[5-8]?；诘叵铝黧w動態(tài)是地殼應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的一種指示器[1]，本文系統(tǒng)分析了2008年6月至2013年12月時間段內(nèi)涇縣鳳村井水位出現(xiàn)的異常特征，就該井水位異常和遠(yuǎn)大震的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了探討，進(jìn)而總結(jié)了該井水位異常的映震規(guī)律或特征，以希揭示地震孕育與發(fā)生的某些規(guī)律[9]，也為今后分析該井異常變化提供借鑒和為其周邊及附近地區(qū)未來地震預(yù)測提供幫助。

1 概述

1.1 區(qū)域地震地質(zhì)背景

通過對歷史地震統(tǒng)計(jì)分析顯示：以涇縣鳳村井為中心，100 km范圍內(nèi)，有兩大潛在震源區(qū)。一是涇縣潛在震源區(qū)，該區(qū)域?yàn)闆Q定區(qū)域。該井坐落于該區(qū)，區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造為北東向的石臺-宣城斷裂帶及近東西向的江南斷裂，1743年涇縣MS5.0級地震可能是這兩條斷裂共同活動的結(jié)果；二是溧陽潛在震源區(qū)，該區(qū)域?yàn)橛绊憛^(qū)域。位于南渡-金壇地塹內(nèi)，區(qū)內(nèi)有NNE-NE向茅山斷裂、南渡-金壇斷裂和NW向南京-自來橋斷裂、芳山-老虎山斷裂相交。該區(qū)域于1974年、1979年分別發(fā)生過MS5.5級和MS6.0級地震，表明該地區(qū)具有發(fā)生強(qiáng)震的構(gòu)造背景。

1.2 井孔概況及周圍環(huán)境

涇縣鳳村井完鉆井深371.51 m，觀測含水層巖性為中生代燕山期花崗閃長巖的破碎帶，套管深約2.24 m，地下水為承壓自流型。2007年12月對井孔進(jìn)行改造，改造結(jié)束后于2008年6月1日重新啟用，結(jié)果顯示其觀測效能進(jìn)一步增強(qiáng)，受氣壓、降雨等氣象因素影響較小。

2 水位動態(tài)變化特征

2.1 正常動態(tài)

涇縣鳳村井為模擬的動水位觀測井，目前水位埋深約+3.9m，日變幅約為3～10 mm，年變幅約11～73 mm（圖1）。多年水位觀測資料表明：該井水位動態(tài)與大氣降雨、地表水體等因素?zé)o直接聯(lián)系。在原始水位記錄圖紙上，該井水位表現(xiàn)出日變形態(tài)和清晰的固體潮變化。水位日變形態(tài)對非震兆力（如氣壓效應(yīng)、降水效應(yīng)等）的應(yīng)變顯示能力弱。

圖1 涇縣鳳村井水位時間曲線Fig.1 The time curve of Fengcun well water level in Jingxian

2.2 異常形態(tài)

在正常動態(tài)變化情形下，水位有時會出現(xiàn)大幅度的突降、突升等異常變化，若以水位在3個月內(nèi)變幅大于3 cm為統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，2008年6月1日至2013年12月31日共有17次突降、突升等異常變化，其中有15次異常后，東南沿海或日本海域等區(qū)域會出現(xiàn)強(qiáng)震。但異常與地震并不是嚴(yán)格地一一對應(yīng)關(guān)系，有時是一次異常對應(yīng)一組地震（圖2、表1）。

圖2 涇縣鳳村井水位時間曲線（2012-05-10～2012-07-31）Fig.2 The time curve of Fengcun well water in Jingxian(2012-05-10～2012-07-31)

原始記錄圖紙顯示，該井水位異常形態(tài)主要有以下幾種：①階變型，即水位的突升突降是在短時間內(nèi)完成的，有時階變在一個較短的時間段內(nèi)連續(xù)出現(xiàn)，形成階變組；② 水位固體潮 “畸變”；③脈沖-方波-震蕩型；④震后效應(yīng)，即地震發(fā)生后，水位出現(xiàn)突升或突降變化，若地震震中較近的則偏離原水位變化趨勢（圖3）；若地震震中較遠(yuǎn)的則會恢復(fù)原水位變化趨勢 （圖4）。此外，該井水位在震前異常特征變現(xiàn)為，以水位大幅度下降的負(fù)異常為主，占異常次數(shù)總比例的80%（表1），下降幅度≥3 cm，震后幾天至3個月內(nèi)恢復(fù)至震前水平。

表1 涇縣鳳村井水位異常與地震對應(yīng)關(guān)系Table 1 The correspondence between water level abnormity of Fengcun well and earthquakes in Jingxian

圖3 日本9.0級地震涇縣鳳村井水位震后效應(yīng)曲線Fig.3 The response curve of Fengcun well water level in Jingxian after the 9.0earthquake in Japan

圖4 印尼8.6級地震涇縣鳳村井水位震后效應(yīng)曲線Fig.4 The response curve of Fengcun well water level in Jingxian after the 8.6 earthquake in Indonesia

3 涇縣鳳村井水位映震特征分析

由表1可知，該井水位異常與地震對應(yīng)關(guān)系分析表明，涇縣鳳村井水位異常的映震特征或規(guī)律主要有如下幾個方面：

（1）震前水位異常形態(tài)具有重復(fù)性。所謂“形態(tài)”是指水位變化曲線的外在表現(xiàn)，異常形態(tài)的重復(fù)性是指它在多次地震前重復(fù)性或重現(xiàn)性[9]。

表1中15次異常中的19個震例的統(tǒng)計(jì)分析表明，該井水位異常形態(tài)均屬于 “階變”型異常。具體表現(xiàn)出三種映震類型：①突降（突升）-發(fā)震，即：水位突降（突升）后發(fā)震，震后水位逐漸恢復(fù)到原值（圖5）；② “U”型，即水位先突降，后一直在低值波動，一般持續(xù)3～5 d后水位突升至原水平，隨后發(fā)震（圖6）；③水位緩降-突（升）降-恢復(fù)-發(fā)震（圖7）。表1中，11次地震屬于第一種類型，2次地震均屬于第二種類型，其余6次地震屬于第三種類型。

（2）異常時間具有集中性，以短臨異常為主。由表1可知，對于多次地震前，地下水異常主要集中在短臨階段 (一般起始于震前幾天至幾個月)。從該井水位異常與地震關(guān)系資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，異常開始時間至發(fā)震時差即異常超前時間最長為3個月（如2009年臺灣MS6.7級地震），最短僅1天（如2009年9月30日印尼MS7.6級，2013年4月20日四川蘆山MS7.0級地震)，這進(jìn)一步表明，該井水位異常多為短臨異常，一般在水位異常出現(xiàn)后1 d至3個月內(nèi)發(fā)震。

圖5 臺灣6.7級地震前后涇縣鳳村井水位時間曲線Fig.5 The time curve of Fengcun well uater level in Jingxian before and after the 6.7 earthquake in Taiwan

圖6 印尼7.7級地震前后涇縣鳳村井水位時間曲線Fig.6 The time curve of Fengcun well water level in Jingxian befoe and after the 7.7 earthquake in Indonesia

圖7 日本7.3級地震前涇縣鳳村井水位時間曲線Fig.7 The time curve of Fengcun well water level in Jingxian before the 7.3 earthquake in Japan

（3）水位異常幅度和震級、震中距三者之間關(guān)系來看，水位異常變化幅度有隨震級增高而增大，隨震中距增大而減小的趨勢，但構(gòu)不成明顯的定量關(guān)系，只能定性加以描述。如2008年日本MS7.3，井震距 2 339 km，異常幅度 14.1 cm，2010年小笠原群島MS7.4，井震距2 504 km，異常幅度12.0 cm，2011年日本MS9.0，井震距2 407 km，異常幅度24.6 cm；2009年臺灣MS6.7，井震距820 km，異常幅度9.1 cm；2012年臺灣MS5.9，井震距777 km，異常幅度8.7 cm；2013年臺灣MS6.7級地震，井震距847 km，異常幅度為5.4 cm。

（4）通過本文研究表明，涇縣鳳村井水位異常對應(yīng)發(fā)震地點(diǎn)或區(qū)域較多為遠(yuǎn)場，主要對應(yīng)臺灣及東南沿海，西太平洋、南太平洋的扇形區(qū)域。19次震例總結(jié)中，有7次對應(yīng)臺灣及東南沿海的中強(qiáng)震，10次地震位于西太平洋、南太平洋的扇形區(qū)域內(nèi)，2次為我國大陸西部（圖8）。

圖8 涇縣鳳村井水位異常與對應(yīng)地震空間分布圖Fig.8 The spatial distribution map of the abnormal level of Fengcun well water in Jingxian with the corresponding earthquakes

4 結(jié)論與討論

（1）綜合分析表明，涇縣鳳村井水位異常多對應(yīng)臺灣及東南沿海、西太平洋、南太平洋的扇形區(qū)域。但作為單井單項(xiàng)預(yù)報地震，對發(fā)震時間的預(yù)報效果較好，而對地點(diǎn)與強(qiáng)度的預(yù)報，特別是地點(diǎn)常表現(xiàn)出難以區(qū)別近區(qū)中強(qiáng)等地震與遠(yuǎn)震的困難，這與馬建英等[9]的研究結(jié)果相一致。

（2）震例分析表明，發(fā)生在不同地區(qū)、不同震級的地震，涇縣鳳村井水位異常特征以突降為主的階變型，其次是突升，并與東南沿海中強(qiáng)地震有較好地對應(yīng)關(guān)系，這可能與其所處的構(gòu)造位置有很大關(guān)系,該井可能是反映區(qū)域應(yīng)力場變化的一個 “敏感點(diǎn)”，仍需要深入研究。就異常變化幅度而言，一般大于5 cm以上，其異常特征非常明顯，在該井水位整點(diǎn)值曲線上能夠很容易地分辨出來，這種特征將在今后分析處理該井水位日常觀測數(shù)據(jù)與地震分析預(yù)測中發(fā)揮著重要作用。

（3）本文的研究成果為今后該井水位異?，F(xiàn)場核實(shí)、異常性質(zhì)判別及異常信度判定提供參考依據(jù)。

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Analysis on the Relation Between Water Level Abnormality and Earthquake in Fengcun，Jingxian

WANG Jun1，WANG Xingzhou1，TAO Yuechao1，LIU Qingguo2，YANG Yuanyuan1

（1.Earthquake Administration of Anhui Province，Hefei 230031，China；2.Earthquake Administration of Xuancheng City，Xuancheng 242099，China）

In this paper,the groundwater anomalies and their characteristics of Fengcun well in Jingxian，Anhui,before strong earthquake occurred in far(ultra-far)places are systematically arranged and analyzed.The results show that the well with high precision and sensitivity about far earthquake，especially strong earthquake activity along the southeast coast，the Western Pacific，the South Pacific.Through this study，it will be helpfull to distinguish the anomalies of the subsurface fluids in Jingxian Fengcun wel1，and improve the prediction ability to earthquake.

Well water level；Far and strong earthquake；Anomaly identification；Reflecting earthquake

P332.3

A

1001-8662（2014）03-0115-05

10.13512/j.hndz.2014.03.019

王 俊，王行舟，陶月潮，等.涇縣鳳村井水位異常與地震關(guān)系分析[J].華南地震，2014，34（3）：115-119.[WANG Jun，WANG Xingzhou，TAO Yuechao，etal.Analysis on the Relation Between Water Level Abnormality and Earthquake in Fengcun，Jingxian[J].South china journal of seismology，2014，34（3）：115-119.]

投稿日期：2014-02-10

地震科技星火計(jì)劃（XH14026）

王 俊 （1984-），男，助理工程師，碩士，主要從事地震地下流體和地震綜合預(yù)報方法等研究工作.

E-mail:renshi1314@126.com.