皖北地區(qū)水位水溫觀測資料動態(tài)異常特征分析

石小磊 李良輝 張偉峰 潘潔 肖攀 杜默然

摘? 要：以2017年8月8日四川九寨溝7.0級地震和2017年11月18日西藏林芝6.9級地震為例，對皖北地區(qū)部分水位水溫進(jìn)行了詳細(xì)分析，對影響觀測質(zhì)量的各種干擾因素進(jìn)行了剔除，分析水位水溫的動態(tài)變化規(guī)律，研究地震發(fā)生前的異常信息以及震后變化。結(jié)果顯示，皖北部分水位、水溫動態(tài)信息變化規(guī)律存在同步同向變化、同步反向變化、無規(guī)律變化3類;水位在震時和震后均有異常動態(tài)變化，表現(xiàn)出突升或突降、階變與震蕩變化，對地震波脈沖應(yīng)力的反映速度不同，變化持續(xù)時間也會有所不同。而水溫在震前的異常動態(tài)更為靈敏，研究結(jié)果為以后的臺站前兆分析提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：強(qiáng)震? 水位? 水溫? 特征? 監(jiān)測

中圖分類號：P315? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2020）09（b）-0059-03

Analysis of Dynamic Anomaly Characteristics of Observation Data of Water Level and Water Temperature in

Northern Anhui

SHI Xiaolei1? LI Lianghui1? ZHANG Weifeng2? PAN Jie2? XIAO Pan2? DU Moran1

（1.Earthquake Monitoring Center of Bengbu Earthquake Administration， Bengbu， Anhui Province， 233000 China; 2.Earthquake Administration of Anhui Province， Hefei， Anhui Province， 230031? China）

Abstract： Taking the August 8th， 2017 Sichuan Jiuzhaigou Ms7.0 earthquake and the November 18th， 2017 Linzhi， Tibet Ms6.9 earthquake as examples， a detailed analysis of some water levels and water temperatures in the northern Anhui region was conducted， and various interference factors that affected the quality of observations were analyzed. The removal was carried out to analyze the dynamic changes of the water level and temperature， and to study the abnormal information before the earthquake and the changes after the earthquake. The results show that there are three types of changes in the dynamic information of water level and water temperature in northern Anhui： synchronous co-directional change， synchronous reverse change， and irregular change. The water level has abnormal dynamic changes during and after the earthquake， showing a sudden rise or fall. ， Step change and shock change， the reflection speed of seismic wave pulse stress is different， the change duration will also be different. The anomalous dynamics of the water temperature before the earthquake are more sensitive， and the research results provide a basis for future station precursor analysis.

Key Words： Strong earthquakes; Water level; Water temperature; Characteristics; Monitoring

現(xiàn)代地震學(xué)中的地下流體觀測在我國地震監(jiān)測預(yù)報(bào)中有著極其重要的作用，地下流體監(jiān)測網(wǎng)覆蓋整個中國大陸，因?yàn)榱黧w監(jiān)測在短臨預(yù)報(bào)中往往起著決定性的作用，通常表現(xiàn)出對地震前兆異常的高靈敏性[1]。一般地下流體在大震發(fā)生或震后很短時間內(nèi)會出現(xiàn)同震響應(yīng)，發(fā)生巨變異常，水位水溫在形態(tài)上表現(xiàn)為測值的突升或突降、階變與震蕩變化。該文以蚌埠監(jiān)測中心、五河女山井、淮北皖22井和阜南觀測井四口井為例，對淮河北部水井水位水溫的動態(tài)信息特征及映震效能進(jìn)行分析，對地震發(fā)生前和發(fā)生時的異常信息特征進(jìn)行規(guī)律總結(jié)，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法提取了強(qiáng)震前的異常信息和震后數(shù)據(jù)表現(xiàn)，從水位異常動態(tài)特征和水溫異常動態(tài)特征的不同表現(xiàn)來分析皖北四口水井的映震能力，這對提高流體異常的可信度具有重要的意義[2]。

1? 水位、水溫測值動態(tài)分類

水位、水溫測值動態(tài)特征主要有3種：一是同步同向變化。即從形態(tài)特征上，水位水溫測值表現(xiàn)為長期或短期同步同向變化。二是同步反向變化。即水位水溫在曲線變化形態(tài)上呈相反方向變化。三是無規(guī)律狀態(tài)。即水位、水溫測值在任一時間尺度上表現(xiàn)為有年變或者沒有明顯的年變以及其中一個測項(xiàng)有規(guī)律性變化或有明顯的年變而另外一個測項(xiàng)無規(guī)律變化也無年變的情況都屬于水位水溫動態(tài)信息的無規(guī)律變化[3]。

該文通過對皖北地區(qū)水位、水溫4口數(shù)字化觀測井的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理提取，分析發(fā)現(xiàn)水位、水溫的動態(tài)信息變化特征存在同步同向變化、同步反向變化和無規(guī)律變化3種情況。

1.1 同步同向動態(tài)變化

同步同向變化具體是指水位、水溫的變化方向和拐點(diǎn)的上升下降均表現(xiàn)一致，如水位水溫在夏季均表現(xiàn)為偏高冬天均表現(xiàn)偏低、或者又都是夏季偏低冬季升高型，以及測值整體趨勢變化的方向表現(xiàn)一致，都表現(xiàn)為上升或下降變化。皖北地區(qū)的水井普遍映震效能較好，受干擾小，變化較一致，因此水位水溫表現(xiàn)為同步同向變化的情況較多，蚌埠監(jiān)測中心水井和淮北皖22井兩口井均表現(xiàn)出長趨勢同步變化示。

1.2 同步反向動態(tài)變化

同步反向動態(tài)信息變化具體是指觀測井水位、水溫測值在變化趨勢上表現(xiàn)為同步變化，但方向相反。比如水位水溫年變化形態(tài)呈正弓形曲線變化和反弓形曲線變化，短趨勢的同步反向變化表現(xiàn)為測值在長趨勢變化不確定的情況下出現(xiàn)的小波動曲線反向變化。長趨勢的同步反向變化具體指一年尺度以上的長趨勢變化，通常有兩種情況：有規(guī)律性年變和無規(guī)律性年變。

1.3 無規(guī)律動態(tài)變化

水位和水溫測值之間沒有明顯的規(guī)律變化關(guān)系，一種情況是水位水溫在長趨勢上均無明顯的年變且無規(guī)律可循。另一種情況是其中一個測項(xiàng)曲線有年變且長趨勢平穩(wěn)變化，比如測值曲線表現(xiàn)為上升或下降，而另一個測項(xiàng)無明顯的年變，季節(jié)變化規(guī)律也不明顯，水位和水溫的變化不存在關(guān)聯(lián)性，即無明顯的規(guī)律性變化，皖北地區(qū)女山井的水位、水溫表現(xiàn)為無明顯規(guī)律性變化。具體見表1。

2? 皖北水井水位動態(tài)異常分析

地震引起的地下流體效應(yīng)有兩種成因機(jī)制：一是由于地震發(fā)生時，地震波產(chǎn)生的脈沖狀應(yīng)力使得含水層的水、氣變化，產(chǎn)生彈性變形。二是由于地震破裂傳播及震后應(yīng)力調(diào)整引起的，這種作用的影響時間較長，且有滯后性。以2017年8月8日四川九寨溝7.0級地震和2017年11月18日西藏林芝6.9級地震為例進(jìn)行分析，監(jiān)測中心井和阜南井在2017年11月下旬受西藏林芝地震影響出現(xiàn)震后效應(yīng)產(chǎn)生階變，大部分水井對遠(yuǎn)震都變?yōu)檎鹗幮妥兓?。?2井和女山井在2017年8月受四川九寨溝地震影響出現(xiàn)震后異常變化[4-5]。

從表2可以看出，蚌埠中心井和阜南井所處皖北的西部和南部，水井所在的斷裂帶一致，在震后都發(fā)生數(shù)據(jù)值偏低的現(xiàn)象，對地震波脈沖應(yīng)力的反應(yīng)速度方面，蚌埠中心井則表現(xiàn)的更為靈敏一些，持續(xù)一段時間以后恢復(fù)至正常狀態(tài)。皖22井和女山井分別地處安徽北部和東部，附近所處的斷裂帶走向不同，在遠(yuǎn)震發(fā)生時，板塊活動造成地殼應(yīng)力變化，在震后數(shù)據(jù)值發(fā)生偏高的現(xiàn)象，持續(xù)時間在20h以后恢復(fù)至正常狀態(tài)。由于女山井位于郯廬斷裂帶附近，在西部發(fā)生強(qiáng)震后一段時間內(nèi)，斷裂帶附近受地殼應(yīng)力變化，小震活動頻繁，水位數(shù)據(jù)變化也更為復(fù)雜。

3? 皖北水井水溫動態(tài)異常分析

水溫在前兆觀測中表現(xiàn)得更細(xì)微靈敏一些，通過數(shù)據(jù)分析，水溫通常在震前—震時—震后短時間內(nèi)發(fā)生數(shù)據(jù)值偏低的情況，在地震發(fā)生時延續(xù)低值異常變化并于震后一段時間緩慢恢復(fù)至正常狀態(tài)，表3是對皖北4口水井水溫值變化統(tǒng)計(jì)。

由表3可以看出，4口水井的共同特征具有一致性，均表現(xiàn)為距離地震發(fā)生短時間內(nèi)水位下降，低值異常持續(xù)至地震發(fā)生后一段時間內(nèi)緩慢恢復(fù)至正常狀態(tài)，表明皖北地區(qū)水井的觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量較高，對遠(yuǎn)震和大震的映震效能較好，水溫變化的一致性特征對日后工作中的前兆數(shù)據(jù)分析研究提供了判定依據(jù)。

3? 結(jié)語

皖北地區(qū)水位、水溫在對大震或遠(yuǎn)震的映震能力上，表現(xiàn)出高靈敏性。同震響應(yīng)一般表現(xiàn)在地震發(fā)生時或發(fā)生后的短時間內(nèi)異常，測值曲線通常表現(xiàn)為測值的突升或突降、階變與震蕩變化，受脈沖應(yīng)力大的水井反應(yīng)迅速，持續(xù)時間很短，出現(xiàn)階變后很快恢復(fù)到正常水平，而大部分水井對大震或遠(yuǎn)震的脈沖應(yīng)力反應(yīng)滯后，表現(xiàn)為震蕩式變化且卻持續(xù)時間久，水位整體也會發(fā)生一個新的變化。皖北地區(qū)部分水位、水溫正常動態(tài)信息特征存在同步同向變化、同步反向變化、無規(guī)律變化3類。水位的同震響應(yīng)主要表現(xiàn)為震蕩式變化，也有靈敏度較好的水井出現(xiàn)階躍式變化，受固體潮波動影響也會使差分值增大。水位的異常特征表現(xiàn)為西部南部水井水位數(shù)據(jù)值偏低，北部東部水井水位數(shù)據(jù)值偏高，水溫的異常特征均表現(xiàn)為震前至震后測值下降，震后數(shù)據(jù)持續(xù)偏移走低。皖北4口水井分別對兩次大震產(chǎn)生異常動態(tài)變化，具有較好的映震效能，這對以后工作中的前兆數(shù)據(jù)處理分析和同震響應(yīng)異常研究提供更有力的判定依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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