皖北地區水位水溫觀測資料動態異常特征分析

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，對皖北地區部分水位水溫進行了詳細分析，對影響觀測質量的各種干擾因素進行了剔除，分析水位水溫的動態變化規律，研究地震發生前的異常信息以及震后變化。結果顯示，皖北部分水位、水溫動態信息變化規律存在同步同向變化、同步反向變化、無規律變化3類;水位在震時和震后均有異常動態變化，表現出突升或突降、階變與震蕩變化，對地震波脈沖應力的反映速度不同，變化持續時間也會有所不同。而水溫在震前的異常動態更為靈敏，研究結果為以后的臺站前兆分析提供依據。

關鍵詞：強震? 水位? 水溫? 特征? 監測

中圖分類號：P315? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：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

現代地震學中的地下流體觀測在我國地震監測預報中有著極其重要的作用，地下流體監測網覆蓋整個中國大陸，因為流體監測在短臨預報中往往起著決定性的作用，通常表現出對地震前兆異常的高靈敏性[1]。一般地下流體在大震發生或震后很短時間內會出現同震響應，發生巨變異常，水位水溫在形態上表現為測值的突升或突降、階變與震蕩變化。該文以蚌埠監測中心、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信息特征及映震效能進行分析，對地震發生前和發生時的異常信息特征進行規律總結，應用數學方法提取了強震前的異常信息和震后數據表現，從水位異常動態特征和水溫異常動態特征的不同表現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、水溫測值動態分類

水位、水溫測值動態特征主要有3種：一是同步同向變化。即從形態特征上，水位水溫測值表現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上呈相反方向變化。三是無規律狀態。即水位、水溫測值在任一時間尺度上表現為有年變或者沒有明顯的年變以及其中一個測項有規律性變化或有明顯的年變而另外一個測項無規律變化也無年變的情況都屬于水位水溫動態信息的無規律變化[3]。

該文通過對皖北地區水位、水溫4口數字化觀測井的數據進行處理提取，分析發現水位、水溫的動態信息變化特征存在同步同向變化、同步反向變化和無規律變化3種情況。

1.1 同步同向動態變化

同步同向變化具體是指水位、水溫的變化方向和拐點的上升下降均表現一致，如水位水溫在夏季均表現為偏高冬天均表現偏低、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一致，都表現為上升或下降變化。皖北地區的水井普遍映震效能較好，受干擾小，變化較一致，因此水位水溫表現為同步同向變化的情況較多，蚌埠監測中心水井和淮北皖22井兩口井均表現出長趨勢同步變化示。

1.2 同步反向動態變化

同步反向動態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為同步變化，但方向相反。比如水位水溫年變化形態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為測值在長趨勢變化不確定的情況下出現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：有規律性年變和無規律性年變。

1.3 無規律動態變化

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

2? 皖北水井水位動態異常分析

地震引起的地下流體效應有兩種成因機制：一是由于地震發生時，地震波產生的脈沖狀應力使得含水層的水、氣變化，產生彈性變形。二是由于地震破裂傳播及震后應力調整引起的，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級地震為例進行分析，監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震后效應產生階變，大部分水井對遠震都變為震蕩型變化。皖22井和女山井在2017年8月受四川九寨溝地震影響出現震后異常變化[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，在震后都發生數據值偏低的現象，對地震波脈沖應力的反應速度方面，蚌埠中心井則表現的更為靈敏一些，持續一段時間以后恢復至正常狀態。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，在遠震發生時，板塊活動造成地殼應力變化，在震后數據值發生偏高的現象，持續時間在20h以后恢復至正常狀態。由于女山井位于郯廬斷裂帶附近，在西部發生強震后一段時間內，斷裂帶附近受地殼應力變化，小震活動頻繁，水位數據變化也更為復雜。

3? 皖北水井水溫動態異常分析

水溫在前兆觀測中表現得更細微靈敏一些，通過數據分析，水溫通常在震前—震時—震后短時間內發生數據值偏低的情況，在地震發生時延續低值異常變化并于震后一段時間緩慢恢復至正常狀態，表3是對皖北4口水井水溫值變化統計。

由表3可以看出，4口水井的共同特征具有一致性，均表現為距離地震發生短時間內水位下降，低值異常持續至地震發生后一段時間內緩慢恢復至正常狀態，表明皖北地區水井的觀測數據質量較高，對遠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據分析研究提供了判定依據。

3? 結語

皖北地區水位、水溫在對大震或遠震的映震能力上，表現出高靈敏性。同震響應一般表現在地震發生時或發生后的短時間內異常，測值曲線通常表現為測值的突升或突降、階變與震蕩變化，受脈沖應力大的水井反應迅速，持續時間很短，出現階變后很快恢復到正常水平，而大部分水井對大震或遠震的脈沖應力反應滯后，表現為震蕩式變化且卻持續時間久，水位整體也會發生一個新的變化。皖北地區部分水位、水溫正常動態信息特征存在同步同向變化、同步反向變化、無規律變化3類。水位的同震響應主要表現為震蕩式變化，也有靈敏度較好的水井出現階躍式變化，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為西部南部水井水位數據值偏低，北部東部水井水位數據值偏高，水溫的異常特征均表現為震前至震后測值下降，震后數據持續偏移走低。皖北4口水井分別對兩次大震產生異常動態變化，具有較好的映震效能，這對以后工作中的前兆數據處理分析和同震響應異常研究提供更有力的判定依據。

參考文獻

[1] 益西拉姆.地下流體監測技術在地震前兆監測中的應用[J].締客世界2019，6（6）：4-8.

[2] 溫麗媛，劉春國，陳其峰，等.山東地震前兆臺網地下流體數據跟蹤分析[J].內陸地震2019，33（2）：166-173.

[3] 作林昌.昆明市水位水溫觀測資料協調性特征分析[J].華南地震2017，37（S1）：121-125.

[4] 孫小龍.地下水動態變化與地震活動的關系研究[D].中國地質大學（北京），2016.

[5] 陳瑋.三峽庫區仙女山斷裂北段地下水位同震響應機理分析[D].中國地震局地震研究所，2019.

[6] 李玉江.川滇地區地殼變形的動力學成因及強震間相互作用機理[D].中國地質大學（北京），2016.