女山井地下水位潮汐因子初步分析

肖 攀，潘 潔，李露露，吳 輝，張偉峰

(安徽省地震局蚌埠地震臺(tái),安徽 蚌埠 233000)

女山井地下水位潮汐因子初步分析

肖 攀，潘 潔，李露露，吳 輝，張偉峰

(安徽省地震局蚌埠地震臺(tái),安徽 蚌埠 233000)

利用維尼迪柯夫潮汐調(diào)和分析方法和五河縣女山井水位2009-2015年原始資料，剔除氣壓數(shù)據(jù)影響后，計(jì)算出潮汐因子。結(jié)果表明，根據(jù)原始資料和剔除氣壓影響后的資料分別計(jì)算得到的潮汐因子具有較好的一致性，說明采用維尼迪柯夫潮汐調(diào)和分析方法得到的結(jié)果基本不受氣壓因素的影響。同時(shí)五河縣女山井水位潮汐因子在部分地震前有明顯異常表現(xiàn)。

女山井；水位；潮汐因子；氣壓

安徽省蚌埠地區(qū)地下流體觀測(cè)工作始于1980年，起初為模擬觀測(cè)，經(jīng)“十五”“十一五”前兆臺(tái)網(wǎng)改造后，地震部門所屬觀測(cè)井大多實(shí)現(xiàn)數(shù)字化觀測(cè)。女山井作為蚌埠地區(qū)第一口靜水位數(shù)字化觀測(cè)井，其觀測(cè)數(shù)據(jù)多次在地震趨勢(shì)會(huì)商中發(fā)揮重要作用。從多年觀測(cè)資料來(lái)看，氣壓對(duì)該井水位觀測(cè)值有一定的影響。然而，氣壓對(duì)該井固體潮因子的計(jì)算結(jié)果是否有影響尚未有相關(guān)研究。為此，本文采用維尼迪柯夫潮汐調(diào)和分析方法，根據(jù)女山井靜水位資料和剔除氣壓影響后的資料，分別計(jì)算出潮汐因子，后進(jìn)行對(duì)比分析研究。

1 井孔概況和水位氣壓分析原理

女山井位于安徽省蚌埠市五河縣小溪鎮(zhèn)境內(nèi)，圖1中標(biāo)★處即為女山井位置。五河縣女山區(qū)域?qū)偃A北地層大區(qū)晉冀魯豫地區(qū)徐淮地層分區(qū)的淮北地層小區(qū)，區(qū)域地層從新太古界至第四系均有不同程度的發(fā)育，地表出露的地層為第四系全新統(tǒng)蚌埠組、上更新統(tǒng)潁上組，下伏基巖主要為新太古代五河群。女山距郯廬斷裂帶3 km，附近100 km有太和—五河斷裂、臨泉—?jiǎng)⒏當(dāng)嗔?。該井?007年3月起使用LN-3A數(shù)字化水位儀進(jìn)行靜水位觀測(cè)。該井水位受降雨影響明顯，總體上呈夏高冬低狀態(tài)(參見圖2)，具有較為顯著的周期變化特征，有明顯的固體潮效應(yīng)和同震效應(yīng)，其觀測(cè)數(shù)據(jù)在震情會(huì)商中被廣泛應(yīng)用。為了獲取女山井氣壓系數(shù)的正常背景值，在數(shù)據(jù)的選取條件中，盡量避免選取降雨及地震活動(dòng)時(shí)段的數(shù)據(jù)，這樣水位動(dòng)態(tài)曲線中只需考慮氣壓和固體潮兩種干擾成分。為了盡量濾去固體潮的波形，達(dá)到壓低固體潮對(duì)“水位與氣壓”相關(guān)分析影響的目的，在數(shù)據(jù)處理過程中，選用水位和氣壓的整點(diǎn)值進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)。針對(duì)水位與氣壓回歸模型的選取，車用太、汪成民等提出了一元回歸、二元回歸與一階差分等方法[1-2]。本文采用簡(jiǎn)單實(shí)用的日值一階差分線性回歸方法計(jì)算氣壓系數(shù)，即bp=ΔH/ΔP，ΔH為水位變化量，ΔP為氣壓變化量。該方法可以基本去除水位月變規(guī)律中的趨勢(shì)性升降變化和潮汐引力對(duì)水位的影響。

2 資料選取與計(jì)算分析

圖1 女山井地理位置圖

女山井靜水位于2007年3月投入觀測(cè)，通過一段時(shí)間的運(yùn)行證明，該井觀測(cè)系統(tǒng)比較穩(wěn)定，儀器工作正常，產(chǎn)出的觀測(cè)數(shù)據(jù)可信度較高。多年來(lái)，該井產(chǎn)出數(shù)據(jù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性好，是開展潮汐因子變化特征研究的理想觀測(cè)資料。為排除其它因素對(duì)水位數(shù)據(jù)的可能干擾，一般選用氣象干擾小、臺(tái)站周圍地震活動(dòng)平靜的冬季為計(jì)算時(shí)段[3-4]。根據(jù)氣象資料統(tǒng)計(jì)，女山井每年10-12月為降雨量少的月份，因此分別使用2009-2015年間每年10-12月氣壓與水位數(shù)據(jù)資料進(jìn)行相關(guān)性分析。從分析結(jié)果可以看出，女山井的水位與氣壓數(shù)據(jù)之間具有較強(qiáng)的線性關(guān)系。為了方便計(jì)算，把水位與氣壓、固體潮的二元回歸計(jì)算簡(jiǎn)化為水位與氣壓的一元回歸計(jì)算。選取2009-2015年10-12月水位和氣壓的日均值資料，分為5個(gè)時(shí)段進(jìn)行水位與氣壓的一元相關(guān)性分析(參見圖3)，結(jié)果見表1。

根據(jù)表1，對(duì)各年氣壓系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均，得出女山井氣壓系數(shù)為0.0036195 m/hPa，即：氣壓每變化1 hPa 能引起3.6195 mm的水位變化量。根據(jù)這個(gè)氣壓系數(shù)，我們對(duì)2009-2015年水位數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，同時(shí)與原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，可以看出兩者相關(guān)性較好，參見圖4。

圖2 女山井水位氣壓對(duì)比圖

圖3 氣壓水位相關(guān)性分析

時(shí)段KbR2標(biāo)準(zhǔn)誤差2009年10-12月0.0030140.0001030.5023590.0236932010年10-12月0.0037310.0097270.8120180.0081682011年10-12月0.0037150.0038550.6270930.0093442012年10-12月0.0031810.0035730.44230.0212212013年10-12月0.005225-0.009670.0771570.0520562014年10-12月0.0036140.0099760.6440.0099052015年10-12月0.0041350.0022260.62960.009951

利用維尼迪柯夫潮汐調(diào)和分析方法對(duì)2009-2015年間女山井水位原始整點(diǎn)值資料和氣壓修正數(shù)據(jù)進(jìn)行M2波、O1波調(diào)和分析，結(jié)果顯示，M2波略大于O1波，總體變化趨勢(shì)一致。將原始水位觀測(cè)資料和剔除氣壓干擾的水位觀測(cè)資料進(jìn)行潮汐調(diào)和分析后得到的潮汐因子進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，兩組潮汐因子之間相關(guān)性和一致性較好(參見圖5 )。

圖5 維尼迪柯夫潮汐調(diào)和分析計(jì)算結(jié)果

圖6 潮汐因子相位差變化

3 潮汐因子變化與地震事件的關(guān)聯(lián)分析

在2014年4月20日霍山M4.3地震和2015年阜陽(yáng)M4.3地震前，女山井水位原始整點(diǎn)值M2波潮汐因子出現(xiàn)不同程度的低值異常。2013年12月，即霍山地震前4個(gè)月，女山井M2波潮汐因子出現(xiàn)高值，并持續(xù)下降，在低值時(shí)發(fā)震。2014年10月，即阜陽(yáng)地震前6個(gè)月，女山井M2波潮汐因子出現(xiàn)高值，并持續(xù)下降，在低值時(shí)發(fā)震。安慶M4.8級(jí)地震和高郵M4.9級(jí)地震前，水位原始整點(diǎn)值M2波相位和剔除氣壓干擾后的水位M2波相位變化幅度都很小(參見圖6)。

經(jīng)過分析認(rèn)為：(1)女山井無(wú)論從原始水位獲取的潮汐因子還是剔除氣壓干擾后獲取的潮汐因子，其變化形態(tài)都非常相似，對(duì)于本區(qū)域缺少氣壓等輔助觀測(cè)設(shè)備的井點(diǎn)計(jì)算潮汐因子具有一定的參考意義。(2)女山井水位在部分地震前有明顯的異常表現(xiàn)，顯示出一定程度的映震能力。(3)女山井潮汐因子在區(qū)域中強(qiáng)震前的異常變化也具有一致性，潮汐因子異常出現(xiàn)在上述中強(qiáng)震前4-6個(gè)月，表現(xiàn)為潮汐因子先出現(xiàn)上升異常，之后下降并發(fā)震。

[1] 國(guó)家地震局科技監(jiān)測(cè)司.地震地下水手冊(cè)[M].北京:地震出版社,1995:302-305.

[2] 魚金子,谷園珠,殷世林．三口井水位的氣壓系數(shù)變化及其與地震關(guān)系初探[J].地震，1990(3):25-32．

[3] 史凱．蘇15井?dāng)?shù)字化水位特征分析[J].內(nèi)陸地震，2014,28(4):360-365.

[4] 王玥琪，楊立明.維尼迪科夫調(diào)和分析對(duì)大甸子井水位潮汐因子和相位的氣象影響研究[J].地震工程學(xué)報(bào)，2015, 37(1):255-259．

Preliminary Analysis of Tidal Factor with the Method of Venidikov Harmonic Analysis

XIAO Pan，PAN Jie，LI Lulu，WU Hui，ZHANG Weifeng

(Bengbu Seismic Station, Earthquake Administration of Anhui Province, Anhui Bengbu 233000，China)

This paper analyzes the tidal factor of the water level data from 2009 to 2015 with or without atmospheric pressure corrections, using the Venidikov Harmonic Analysis Method. The results show that there is a good consistency or correlation between the data with or without the atmospheric correction. And no effects are found on atmospheric pressure by using Venidikov Harmonic Analysis Method. Besides, the results indicate that the tidal factor has obvious abnormal morphologic characteristic.

Nvshan well; water level; tidal factor; atmospheric pressure

2016-10-06；

2017-01-05

肖攀(1983-)，男，安徽省蚌埠市人，工程師，主要從事地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)及研究.

本文得到安徽省地震局科研合同制課題項(xiàng)目(201642)資助.

P315.723

B

1001-8115(2017)02-0015-04

10.13716/j.cnki.1001-8115.2017.02.004