地下水位變化與地震活動關(guān)系研究

■王賀生 王倩 韓小賓

（河北省地震局秦皇島中心臺河北秦皇島066100）

地下水位變化與地震活動關(guān)系研究

■王賀生 王倩 韓小賓

（河北省地震局秦皇島中心臺河北秦皇島066100）

本文主要以降水對地下水位變化的影響和地下水位產(chǎn)生變化同地震災(zāi)害之間的關(guān)系為立足點，提出了一種以回歸思想為基礎(chǔ)，通過觀測地下水位變化數(shù)據(jù)來消除降水影響力的方法。此外，再將方法進行加工處理，同時引入了局部變化速率這一概念，對地下水位變化的趨勢進行細(xì)致的描述，從而就地下水位變化同地震活動之間的關(guān)系進行研究討論。

地下水位變化地震活動關(guān)系研究

眾所周知，地震災(zāi)害在發(fā)生之前，往往會出現(xiàn)一些異常的自然變化情況，例如地磁、地下水位、地溫和地電的變化等。并且，由于這些變化數(shù)據(jù)都可以通過儀器觀測來進行有效的記錄，所以相關(guān)部門通過分析這些數(shù)據(jù)就能夠做出準(zhǔn)確率較高的地震預(yù)測。此外，為了能對這些數(shù)據(jù)做出更加有效的利用，相關(guān)人員在進行數(shù)據(jù)分析的過程中還需要盡可能排除一切的影響因素。

1　地下水動態(tài)數(shù)據(jù)的處理方法和影響因素

1.1地下水的動態(tài)影響因素

就目前來看，地下水的動態(tài)觀測數(shù)據(jù)主要是由含水層、儀器和井口這三部分構(gòu)成的接收系統(tǒng)，其在工作過程中接受到的工作各類型綜合因素所體現(xiàn)出來的。因此，影響地下水動態(tài)觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的主要因素除了儀器設(shè)備本身在工作過程中出現(xiàn)的誤差之外，還有干旱、氣壓變化、工農(nóng)業(yè)用水、地殼構(gòu)造活動和固體抄襲等因素的影響。從類型上來看，這些影響因素可以被分為宏觀和微觀兩種類型，前者主要包括了注水、降水、開采和灌溉等造成的含水層水量減少；后者指的是氣壓、機械振動、鄰層抽水和固體潮等造成的含水層應(yīng)力應(yīng)變環(huán)變化。

1.2地下水動態(tài)影響因素的數(shù)據(jù)處理方法

宏觀影響因素，數(shù)據(jù)處理方法，可通過水文地質(zhì)學(xué)，水位均衡理論,對于地下水補給量、排泄量、開采量進行計算；通過趨勢推演法，對于其地下水位的補給和開采情況進行推測；可通過水動力方法，對于其井群抽水量、涌水量進行計算分析,在分析的過程中，也要注意針對于影響因素，相位滯后問題的考慮。其中微觀影響因素的處理方法，包括單道、多道數(shù)字濾波方式，可以根據(jù)時間域,即時間年月日的不同，對于地下水時間序列中，氣壓、固體潮、降水因素進行分析；通過調(diào)和分析方法，對于其水位固體潮的潮汐因子、相位差進行分析；通過頻譜分析法的應(yīng)用，對于其地下水位、固體潮，氣壓因素頻率關(guān)系進行對比分析。同時也有很多的專家、學(xué)者數(shù)學(xué)模型方法的應(yīng)用，對于其處理地下水影響因素的效果參考文獻進行分析，從而更好的研究出地下水，在封閉條件下，對氣壓荷載、固體潮的靜態(tài)響應(yīng)，通過研究認(rèn)為,固體潮的靜態(tài)響應(yīng)，與氣壓響應(yīng)有一定的關(guān)系,對于井孔環(huán)境壓縮性、孔隙環(huán)境的確定，奠定良好的基礎(chǔ)。Rojstaczer、Ag-new[21]，通過孔隙介質(zhì)彈性理論的應(yīng)用，對于其含水層封閉，應(yīng)用性比較優(yōu)質(zhì)的井孔，對于氣壓、潮汐的響應(yīng)進行有效的研究，并將其了壓縮率、孔隙度進行了有效的計算,然后采用該種方法，針對于美國帕克菲爾德地震試驗場的5口水井，進行了氣壓、固體潮響應(yīng)，進行了有效的評估概述。

2　地下水位的變化速率與地震的關(guān)系

2.1地下水位的局部變化速率

地下水位異常，實際上是指水位出現(xiàn)不正常的上升或下降，且這種變化能夠使用地下水位隨著時間的變化而產(chǎn)生的速率來實現(xiàn)描述；地下水位在時間t之上的變化速率能夠采用時間序列Z之上的某個時刻t，在其之前的m個觀測數(shù)據(jù)與時間的關(guān)系而繪制出的直線回歸中的斜率來予以表示。令

則有得到如下所示的模型:

在模式中的1所代表的是是全部分量為1的m維列向量，e(t)指的是m維列向量,其所代表的是近似誤差,at和bt則代表待估的參數(shù),bt表示的是地下水位在時刻t之上的變化速率,at表示的是直線Z=at+btt圖像在縱軸之上的截距；由此可以看出，bt和t對at具有決定性的作用,因此不需要對新的信息進行研究，只需要對序列bt中所包含的地震的信息進行研究即可，相對應(yīng)的都存在一個bt,因此bt同樣也是一個時間序列。當(dāng)m取不同的數(shù)值的時候，序列bt也會隨之出現(xiàn)不同:當(dāng)m大時,bt的變化趨勢較??；當(dāng)m小時,bt的變化程度則會變大，因此將m稱之為是滑動平均窗寬,簡稱為窗寬，其所代表的是地下水位的m窗寬平均變化速率,簡稱為地下水位平均變化速率,也被稱之為地下水位變化速率,簡記為b；而Mb(m)則代表地震發(fā)生當(dāng)天之中的全部b值的集合,稱之為地震水位的m窗寬平均變化速率,簡稱為地震水位平均變化速率,或者是地震水位變化速率,簡記為Mb。

2.2地震與地下水位變化速率

在地下水位平均變化速率序列b和地震的對應(yīng)圖像中，其中的實線所代表的是b與時間之間的變化情況，為地震發(fā)生當(dāng)天所對應(yīng)的b值，也就是Mb。接下來對在地震發(fā)生過程中Mb的分布情況進行分析，并使用M來表示地震發(fā)生的事件，如下圖所示，

其中的P所代表的是在已知有地震發(fā)生的條件下，地下水位變化速率的分布情況,其頻率為

在這個公式當(dāng)中，給出了P的頻率分布直方圖，從中可以較為直觀的發(fā)現(xiàn),約有53.85%的地震在發(fā)震前期均出現(xiàn)了地下水位下降的情況,但是也有46.15%的地震在發(fā)震前期出現(xiàn)了地下水位上升的情況,且在地下水位速率位于區(qū)域之內(nèi)為地震的多發(fā)區(qū),因此也就說明在平均地下水位變化比較平緩的時候是地震的多發(fā)期。

3　總結(jié)

地下水會受到多種因素的影響，對宏觀水量變化的影響可以使用水量均衡法，其中影響微觀動態(tài)的因素主要八廓了降雨、固體潮和氣壓等，對其數(shù)據(jù)進行處理的方法則可以選擇數(shù)字濾波、頻譜分析、回歸分析和調(diào)和分析等，為了避免干擾因素對結(jié)果產(chǎn)生的不利影響，因此要對數(shù)據(jù)處理模型進行優(yōu)化調(diào)整，從而保證地下水位變化與地震活動之間關(guān)系的客觀性和科學(xué)性。

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P315[文獻碼]B

1000-405X（2016）-7-442-1