馬嶺水位數(shù)據(jù)與地震波對(duì)比研究

丁 銳 王棵佳 栗 寧 胡發(fā)瑞 趙 瑞

（湖北省地震局，湖北 武漢430000）

1 概述

泛分布于地殼巖體中，具有廣泛性，易流動(dòng)性等特性，對(duì)地下應(yīng)力應(yīng)變具有靈敏的響應(yīng)，地震的發(fā)生對(duì)井水位變化有一定的影響。地震產(chǎn)生時(shí)，井水位對(duì)其的響應(yīng)主要有兩種類型：快速的震蕩變化和持續(xù)的單調(diào)變化。其中，快速的震蕩變化以井水位采樣頻率的不同而呈現(xiàn)出不同的形態(tài)；持續(xù)的單調(diào)變化有兩種：緩慢的持續(xù)變化和極速的階躍變化。本文將依據(jù)鐘祥馬嶺地下流體臺(tái)站水位的觀測(cè)資料與鐘祥測(cè)震臺(tái)觀測(cè)資料，參考2017 年8月8 日九寨溝發(fā)生的7.0 級(jí)地震進(jìn)行分析研究。

2 概況

地下流體臺(tái)站地理坐標(biāo)為東經(jīng)112.8°、北緯31.3°，地面高程197 m，水位測(cè)點(diǎn)深度24m，臺(tái)站位于北西向大洪山南緣，低山高丘與壟崗、江漢平原的過渡地帶，臺(tái)站及其東北側(cè)為高程200～600m 的低山、丘陵，自西北向東南依次排列的封頂構(gòu)成連續(xù)的北西向脊嶺，總體由北東向南西斜，相對(duì)高程一般為150～300m，切割較劇烈，坡麓較陡。北西向脊嶺以西，地貌上表現(xiàn)為廣闊的壟崗，地面高程普遍為100～160 m，相對(duì)高程20～50 m。臺(tái)站地區(qū)的水系發(fā)育、湖泊（塘）較多。該臺(tái)站于2013 年建成并調(diào)試，2014 年1 月正式并網(wǎng)運(yùn)行。鉆井深度349.93 米，鉆井垂直每100 米斜度小于1°。井管外徑為127mm，內(nèi)徑為110mm。臺(tái)站周邊無大型建設(shè)施工等干擾因素，觀測(cè)環(huán)境良好。

臺(tái)觀測(cè)站地理坐標(biāo)為東經(jīng)112.7°、北緯31.2°，地面高程64m 。其觀測(cè)設(shè)備為CTS-1 型地震計(jì)，觀測(cè)頻帶為50Hz-120s，距離鐘祥馬嶺地下流體臺(tái)站約18KM。

3 觀測(cè)儀器

地下流體臺(tái)站水位觀測(cè)儀器型號(hào)為SWY-II 型水位儀，采用靜水位觀測(cè)方式，主要技術(shù)參數(shù)為：a.量程范圍：0～10m；b.最大誤差：≤0.2%FS；c.采樣率：1 次/秒、1 次/分（入庫用）；m 分辨率：優(yōu)于1mm；d.長期穩(wěn)定性：0.1%FS/年。

圖1 記錄原始波形

臺(tái)觀測(cè)臺(tái)采用的地震計(jì)型號(hào)為CTS-1 型，屬于高靈敏度甚寬頻帶地震計(jì)。它由一個(gè)垂直向，兩個(gè)水平向的傳感器安裝組成，觀測(cè)頻帶為50Hz-120s，儀器本身產(chǎn)生的噪聲很低，優(yōu)于140db[1]。地震計(jì)采用力平衡反饋系統(tǒng)。該儀器能夠在無人值守情況下穩(wěn)定工作，適合長期的觀測(cè)記錄。

4 資料及處理

馬嶺地下流體臺(tái)站水位儀記錄到的2017 年8 月9 日四川九寨溝地震數(shù)據(jù)，以及鐘祥測(cè)震臺(tái)站記錄到的該地震數(shù)據(jù)，其原始數(shù)據(jù)波形見圖1，該儀器所在井為自流井，采用靜水位觀測(cè)方式，水位儀記錄數(shù)值為水面離井口的距離。

此次地震的基本參數(shù)如下。發(fā)震時(shí)刻：2017 年8 月9 日7 時(shí)27 分52 秒，地理坐標(biāo)為：東經(jīng)82.89°，北緯44.27°，震級(jí)：Ms 6.6 級(jí)。

由圖1 見，水位儀秒鐘值記錄到的水震波與地震波波形基本類似，出現(xiàn)了明顯的震相，面波和尾波，與地震波相比，水震波的面波持續(xù)持續(xù)時(shí)間短。水位儀分鐘值記錄到的水震波只能記錄到地震的面波信息。

5 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

5.1 通含水層力學(xué)狀態(tài)關(guān)系分析井水位的上升和下降，含水層在壓應(yīng)力作用下井水位升高，在張應(yīng)力作用下井水位下降[2]。井水位對(duì)地震波的響應(yīng)主要是由于地震波在含水層中傳播時(shí)，含水層中的彈性壓縮和彈性張力的變化，導(dǎo)致水位相應(yīng)的變化。地震波交替產(chǎn)生彈性壓縮和拉伸的瞬時(shí)力，當(dāng)壓縮應(yīng)力大于拉伸應(yīng)力，同震水位的變化往往反映出振蕩上升的幅度大于振蕩下降的幅度。相反，當(dāng)壓縮應(yīng)力小于拉伸應(yīng)力，同震水位的變化往往反映出振蕩上升的幅度小于振蕩下降的幅度。振蕩停止時(shí)，井水位立即恢復(fù)到地震前的水位正常值，說明井孔附近沒有產(chǎn)生顯著的水進(jìn)出，井孔內(nèi)的水沒有流動(dòng)到遠(yuǎn)距離的地方。水的上升或下降只造成地下水短距離位移，只有一些井孔周圍的水改變了位置。

5.2 馬嶺井水位變化表現(xiàn)為水位震蕩，而無論震源機(jī)制、地震方位和震級(jí)如何[3]。不同的采樣頻率導(dǎo)致馬嶺水位呈現(xiàn)出不同形態(tài)。參考鐘祥臺(tái)地震計(jì)記錄的震相，馬嶺水位儀分鐘值數(shù)據(jù)由于采樣率過低，能記錄到地震，不能更多的反應(yīng)地震的其它信息。馬嶺水位秒鐘值數(shù)據(jù)可以大致反應(yīng)地震波的到時(shí)以及面波信息，由于采樣率，水位儀頻率響應(yīng)等原因，水位儀記錄到的水震波形態(tài)與地震波不大相同，如果可以提高采樣率，估計(jì)可以更好的記錄到地震信息。