水位潮汐因子异常变化与地震活动关系的分析.pdf

第29卷 第1期防灾减灾学报Vol.29 No.12013年3月JOURNAL OF DISASTER PREVENTION AND REDUCTIONMar.2013收稿日期：2012-09-25修订日期：2012-12-02作者简介：王海涛（1982），男，黑龙江省哈尔滨市人，本科，助理工程师，现主要从事地震监测与预报工作。摘要：研究表明，地震活动与水位潮汐因子变化有一定的关系，利用地下水静水位对潮汐应力的响应，分析了通河台1号井含水层在一些地震孕育过程中，应力变化的响应形式。运用潮汐计算模型及固体潮汐数字化观测结果，计算了固体潮汐参数，并对其潮汐变化分析出现的异常值进行了系统分析对比，总结了潮汐因子变化异常与地震的对应关系，和该井静水位潮汐变化的映震特征。结果表明，通河台潮汐异常形态对通河台附近的小震活动有较好的对应关系，讨论了通河地震台附近地震活动与水位潮汐因子异常变化的关系。关键词：水位；潮汐因子；地震活动中图分类号：P3323文献标志码：A文章编号：16748565（2013）01005504水位潮汐因子异常变化与地震活动关系的分析王海涛，贾秀玲，岳力（通河地震台，黑龙江哈尔滨150900）0引言水位的固体潮效应是含水层在日、月起潮力作用下，产生固体潮体应变的反映。这种含水层的体应变使其孔隙中的流体压力产生潮汐波动，迫使水在井孔与含水层之间产生潮汐渗流，从而形成了井孔内水位的潮汐变化。大量的地下水位观测事实表明，一个好的承压井的地下水位变化，能反映出地球潮汐体应变的变化。因此，对地球潮汐提应变的分析完全适合于对地下水位观测资料的分析。地震孕育是震源区内介质的变形、损伤并导致失稳的过程，即震源区介质的损伤、演化、破坏过程。根据震源区介质受构造应力作用后的破坏过程这一非线性系统失稳的自然现象，利用潮汐因子变化分析方法，进行计算、分析和研究，以期识别和提取本地区井水位的地震短临异常前兆信息。1通河静水位测量井（通河台1号井）基本情况通河台地理构造于伊春延寿地槽北段，北东向依舒断裂、东西向通河断裂、北西向岔林河断裂。其中静水位测量井位于台站院内，井深200米，数据产出质量较稳定。静水位主要采用LN3A数字水位仪，水位探头埋深为724米，可以很好的反映地下水固体潮汐效应。水位传感器每月标定合格，目前没发现外界环境对观测数据有影响，地下水类型属孔隙承压水，其下也有较厚的粘土层隔水层。2井水位固体潮分析原理与方法地壳在日、月起潮力的作用下，会产生相应的固体潮体应变，这种应变使含水层孔隙中的流体压力产生波动。在钻孔穿透含水层后，防灾减灾学报29卷图1通河地震台20082012年地下水位O1波潮汐因子变化图Fig1Tidal factors of wave 01 of the ground water at Tonghe Seismic Station from 2008 to 2012含水层和井内的压力差使水流流入（或流出）井孔，井水水位就会出现相应的潮汐波动，这种由固体潮应变引起的水井水位的潮汐现象，就是水井水位的固体潮效应。井水位固体潮效应的机理为因地球表层潮汐应力大小随地球与天体在运动中的相对位置的变化而有规律的变化，地下水位也必然随之产生有规律的升降变化。当潮汐应力增大时，含水岩体发生膨胀，含水空隙水压降低，井水位下降。反之，井水位上升。设水柱高度含水层层压为P，P为大气压力，为潮汐应力，为水的密度，则水位与潮汐应力的平衡方程为：P-=p+h（1）由此可以看出，井水位h随着潮汐应力的变化而变化，且与反向。井水位潮汐因子是将水位观测值h转换为固体潮观测值C后与固体潮理论值g的比值：=h/cg（2）1966年，Venedikov提出了适用于计算机上的数字滤波器，采用这种滤波方法对固体潮资料进行调和分析，即被称为维尼迪科夫调和方法。在实际对地下流体固体潮的分析研究中，通常采用维尼迪科夫调和分析法求解出各井孔固体潮效应的各个参数值。固体潮观测值可表示为：y（tj）=ihicos（iti+（Tj）+准（tj）（3）其中，y（tj）为时间观测序列；hi角频率为i的潮汐波观测振幅；i（Tj）为同一潮汐波的初相位；Tj为观测序列中央时刻的时间间隔；准（tj）为tj时的零点漂移。为了从观测序列中将日波与半日波分离开，用Venedikov设计的偶数字滤波器将以上滤波器作用于连续的水位固体潮观测整点值，经过数学变换后，可按最小二乘法原理求得各波群的潮汐因子和相位滞后、残差矢量等参数，提取所需的全日波、半日波的固体潮信息。地震孕育是震源区内介质的变形、损伤并导致失稳的过程，即震源区介质的损伤、演化、破坏过程。根据震源区介质受构造应力作用后的破坏过程这一非线性系统失稳的自然现象，利用潮汐因子变化分析方法，进行计算、分析和研究，以期识别和提取本地区井水位的地震短临异常前兆信息。为了提取水位潮汐中的固体潮效应参数，固体潮观测主要由日波、半日波、三分之一日波等频率的信息组成，共有363个谐波，其中日波197个、半日波147个、三分之一日波15个。由于固体潮日波类、半日波类和三分之一波类的频带不同，通过滤波器，将日波类、半日波类、三分之一波类固体潮分开。3震例分析构造地震是地球内部某些特殊构造部位应力不断积累、增大、以致超过岩石强度极限时，地壳岩石突然破裂而产生的一种自然现象。国内外的研究结果表明，在地震孕育的广阔范围内，岩层中的应力积累、应力状态都会引起地下水介质体系的变化，临阵阶段，岩石中裂隙的迅速扩展、震时破裂、在构造断裂带附近，若含水层组之间有水力联系，则深层承压水还可携带深部组分沿断裂带上涌，与浅水层混合，这些来自地壳深部的信息就会直接被观测到。辽宁灯塔县ML4.1萝北县ML3.6海林ML3.1安达ML5.056王海涛，等：水位潮汐因子异常变化与地震活动关系的分析1期异常时间异常值异常与发震间隔时间震中地理位置2007年8月31日高值0.005320天黑龙江省鹤岗市2011年9月13日高值0.01279天黑龙江省穆棱市2012年3月20日高值0.017690天黑龙江省萝北县发生地震时间9月20日9月22日6月18日震级ML震中距（km）3.61723.52615.22802009年3月12日高值0.01318天吉林省公主岭市3月20日4.64032009年9月6日高值0.00622天9月28日4.6812内蒙古额尔古纳右旗表1O1波异常值时间对应地震表通过对通河地震台近5年来地下水位的长期观测，总结出通河地震台水位潮汐因子01波正常值范围：（0000300006），周日波正常值范围：（000024），发现01波与周日波在超出正常范围出现高值或低值后，间隔几天后在周围区域均发生地震，总结2007年至2012年出现几次的异常次数与地震的对应关系。图1红色线范围为01波正常变化值范围，发现在正常变化范围外有4次异常，而且异常形式为单个时间点异常与时间域异常，分别对应4次地震。而周日波在正常范围外出现5次高值异常，在出现高值异常后均出现5次地震。黑龙江省发生地震次数较少（图2），发现发生地震与异常都能很好的对应，具体对应地震关系见（表1、表2）。图2通河地震台20082012年地下水位周日波潮汐因子变化图Fig2Tidal factors of diurnal wave of the ground water at Tonghe Seismic Station from 2008 to 2012异常时间异常值异常与发震间隔时间震中地理位置2009年3月8日5月13日低值0.0001-0.0003异常时间内黑龙江省安达市2010年3月24日5月13日低值0.0002-0.0003异常时间内黑龙江省海林县2011年4月24日高值0.00072天黑龙江省萝北县2012年4月4日4月12日高值0.0007异常时间内辽宁省灯塔县发生地震时间5月10日4月26日4月26日4月4日震级ML震中距（km）5.02963.11173.62684.1694表2周日波异常值时间对应地震表4排除干扰通过对通河地震台静水位近6年的观测数据曲线动态特征分析，删除由于干扰造成的数据波动，取正常时段静水位观测数值，进行潮汐因子变化分析，静水位开始观测以来。严格遵守 地震地下水观测规范 的要求，水位内精度较高，连续率较好。而且水位观测近6年来未发现有外界干扰源对其数据产生干扰。萝北县ML5.2穆棱市ML3.5吉林公主岭ML4.6内蒙古额尔古纳右旗ML4.657防灾减灾学报29卷ANALYSIS OF THE RELATIONSHIP BETWEENTHE ABNORMALITY CHANGES OF WATER LEVEL TIDALFACTOR AND THE SEISMIC ACTIVITYWANG Haitao，JIA Xiuling，YUE Li（Tonghe Seismic Station，Heilongjiang Harbin 150900，China）Abstract：The research shows that the seismicity is related with the varieties of the water level tidalfactors And based on the response of the tidal stress by the static groundwater level，the stress responseforms of the aquiclude of Well I at Tonghe Seismic Station are analyzed during the earthquake preparationBy using the tide computation model and the digital observation data of the solid tide，the abnormalvalues of the tide variation are compared systematacially The corresponding relationship between the tidalfactor of the variation anomalies and earthquakes is concluded，and also the earthquake reflecting factorsof this wells static water level The results show that the tidal anomalies has a better correspondingrelationship with the small earthquakes around Tonghe Seismic Station Lastly，the relationship betweenthe water level tidal factor and the seismicity is discussedKey words：water level；tide factor；seismicity5通河静水位潮汐因子变化异常映震分析根据上述所列水位异常与地震对应关系的资料，通河1号井静水位潮汐因子异常的映震特征可归纳为以下两点：（1）01波与周日波出现异常时间点后发震，震前01波与周日波潮汐因子出现单点异常高值或异常低值，而且消失后都在未来几天后发生地震。（2）01波在异常时间域内发震，即在01波出现异常时间域，发现周围区域发生地震的时间与异常时间域对应。6结论与讨论通过潮汐因子变化分析可以有效的提取地下流体水位数字化观测资料的有震异常信息，分析认为，地震孕育过程是一个非平稳过程，异常信号叠加在平稳的背景上，利用地下水位对潮汐应力的响应，分析含水层对一些地震孕育过程中应力变化的响应，统计异常和地震对应的关系，对异常信息分析总结，将有助于揭示地震孕育与发生的某些规律。参考文献：1 刘耀炜强地震短期前兆异常的物理解释M地震出版社：中国地震局监测预报司，20042 方 俊固 体 潮 M北 京：科 学 出 版 社，1984，183-18558