泾县凤村井水位异常与地震关系分析

2014-06-01 10:01王行舟陶月潮刘庆国杨源源
华南地震 2014年3期
关键词:泾县井水水位

王 俊,王行舟,陶月潮,刘庆国,杨源源

(1.安徽省地震局,合肥 230031;2.宣城市地震局,安徽 宣城 242099)

泾县凤村井水位异常与地震关系分析

王 俊1,王行舟1,陶月潮1,刘庆国2,杨源源1

(1.安徽省地震局,合肥 230031;2.宣城市地震局,安徽 宣城 242099)

系统分析和整理了安徽泾县凤村井水位在(超远)距离强震前出现的异常变化及其特征。映震分析结果显示:该井对远大震响应较为灵敏,尤其是东南沿海、西太平洋、南太平洋的大震活动。希望研究结果有利于泾县凤村井后续水位异常的判别,增强其预测能力。

井水位;远大震;异常识别;映震

0 引言

地下水是地壳介质中最活跃的组分之一,广布于地壳深部介质中,并具有流动性与难压缩性特征,当形成一个封闭条件的承压含水层系统时,它能灵敏地反映岩体微小的应力应变状态变化,这已被许多观测事实所证明[1-4]。而关于井水位的超远强震异常,80年代中期首先在我国地震地下水位动态观测井网中被发现并陆续有报导[5-8]。基于地下流体动态是地壳应力应变状态的一种指示器[1],本文系统分析了2008年6月至2013年12月时间段内泾县凤村井水位出现的异常特征,就该井水位异常和远大震的对应关系进行了探讨,进而总结了该井水位异常的映震规律或特征,以希揭示地震孕育与发生的某些规律[9],也为今后分析该井异常变化提供借鉴和为其周边及附近地区未来地震预测提供帮助。

1 概述

1.1 区域地震地质背景

通过对历史地震统计分析显示:以泾县凤村井为中心,100 km范围内,有两大潜在震源区。一是泾县潜在震源区,该区域为决定区域。该井坐落于该区,区内主要构造为北东向的石台-宣城断裂带及近东西向的江南断裂,1743年泾县MS5.0级地震可能是这两条断裂共同活动的结果;二是溧阳潜在震源区,该区域为影响区域。位于南渡-金坛地堑内,区内有NNE-NE向茅山断裂、南渡-金坛断裂和NW向南京-自来桥断裂、芳山-老虎山断裂相交。该区域于1974年、1979年分别发生过MS5.5级和MS6.0级地震,表明该地区具有发生强震的构造背景。

1.2 井孔概况及周围环境

泾县凤村井完钻井深371.51 m,观测含水层岩性为中生代燕山期花岗闪长岩的破碎带,套管深约2.24 m,地下水为承压自流型。2007年12月对井孔进行改造,改造结束后于2008年6月1日重新启用,结果显示其观测效能进一步增强,受气压、降雨等气象因素影响较小。

2 水位动态变化特征

2.1 正常动态

泾县凤村井为模拟的动水位观测井,目前水位埋深约+3.9m,日变幅约为3~10 mm,年变幅约11~73 mm(图1)。多年水位观测资料表明:该井水位动态与大气降雨、地表水体等因素无直接联系。在原始水位记录图纸上,该井水位表现出日变形态和清晰的固体潮变化。水位日变形态对非震兆力(如气压效应、降水效应等)的应变显示能力弱。

图1 泾县凤村井水位时间曲线Fig.1 The time curve of Fengcun well water level in Jingxian

2.2 异常形态

在正常动态变化情形下,水位有时会出现大幅度的突降、突升等异常变化,若以水位在3个月内变幅大于3 cm为统计标准,2008年6月1日至2013年12月31日共有17次突降、突升等异常变化,其中有15次异常后,东南沿海或日本海域等区域会出现强震。但异常与地震并不是严格地一一对应关系,有时是一次异常对应一组地震(图2、表1)。

图2 泾县凤村井水位时间曲线(2012-05-10~2012-07-31)Fig.2 The time curve of Fengcun well water in Jingxian(2012-05-10~2012-07-31)

原始记录图纸显示,该井水位异常形态主要有以下几种:①阶变型,即水位的突升突降是在短时间内完成的,有时阶变在一个较短的时间段内连续出现,形成阶变组;② 水位固体潮 “畸变”;③脉冲-方波-震荡型;④震后效应,即地震发生后,水位出现突升或突降变化,若地震震中较近的则偏离原水位变化趋势(图3);若地震震中较远的则会恢复原水位变化趋势 (图4)。此外,该井水位在震前异常特征变现为,以水位大幅度下降的负异常为主,占异常次数总比例的80%(表1),下降幅度≥3 cm,震后几天至3个月内恢复至震前水平。

表1 泾县凤村井水位异常与地震对应关系Table 1 The correspondence between water level abnormity of Fengcun well and earthquakes in Jingxian

图3 日本9.0级地震泾县凤村井水位震后效应曲线Fig.3 The response curve of Fengcun well water level in Jingxian after the 9.0earthquake in Japan

图4 印尼8.6级地震泾县凤村井水位震后效应曲线Fig.4 The response curve of Fengcun well water level in Jingxian after the 8.6 earthquake in Indonesia

3 泾县凤村井水位映震特征分析

由表1可知,该井水位异常与地震对应关系分析表明,泾县凤村井水位异常的映震特征或规律主要有如下几个方面:

(1)震前水位异常形态具有重复性。所谓“形态”是指水位变化曲线的外在表现,异常形态的重复性是指它在多次地震前重复性或重现性[9]。

表1中15次异常中的19个震例的统计分析表明,该井水位异常形态均属于 “阶变”型异常。具体表现出三种映震类型:①突降(突升)-发震,即:水位突降(突升)后发震,震后水位逐渐恢复到原值(图5);② “U”型,即水位先突降,后一直在低值波动,一般持续3~5 d后水位突升至原水平,随后发震(图6);③水位缓降-突(升)降-恢复-发震(图7)。表1中,11次地震属于第一种类型,2次地震均属于第二种类型,其余6次地震属于第三种类型。

(2)异常时间具有集中性,以短临异常为主。由表1可知,对于多次地震前,地下水异常主要集中在短临阶段 (一般起始于震前几天至几个月)。从该井水位异常与地震关系资料统计结果显示,异常开始时间至发震时差即异常超前时间最长为3个月(如2009年台湾MS6.7级地震),最短仅1天(如2009年9月30日印尼MS7.6级,2013年4月20日四川芦山MS7.0级地震),这进一步表明,该井水位异常多为短临异常,一般在水位异常出现后1 d至3个月内发震。

图5 台湾6.7级地震前后泾县凤村井水位时间曲线Fig.5 The time curve of Fengcun well uater level in Jingxian before and after the 6.7 earthquake in Taiwan

图6 印尼7.7级地震前后泾县凤村井水位时间曲线Fig.6 The time curve of Fengcun well water level in Jingxian befoe and after the 7.7 earthquake in Indonesia

图7 日本7.3级地震前泾县凤村井水位时间曲线Fig.7 The time curve of Fengcun well water level in Jingxian before the 7.3 earthquake in Japan

(3)水位异常幅度和震级、震中距三者之间关系来看,水位异常变化幅度有随震级增高而增大,随震中距增大而减小的趋势,但构不成明显的定量关系,只能定性加以描述。如2008年日本MS7.3,井震距 2 339 km,异常幅度 14.1 cm,2010年小笠原群岛MS7.4,井震距2 504 km,异常幅度12.0 cm,2011年日本MS9.0,井震距2 407 km,异常幅度24.6 cm;2009年台湾MS6.7,井震距820 km,异常幅度9.1 cm;2012年台湾MS5.9,井震距777 km,异常幅度8.7 cm;2013年台湾MS6.7级地震,井震距847 km,异常幅度为5.4 cm。

(4)通过本文研究表明,泾县凤村井水位异常对应发震地点或区域较多为远场,主要对应台湾及东南沿海,西太平洋、南太平洋的扇形区域。19次震例总结中,有7次对应台湾及东南沿海的中强震,10次地震位于西太平洋、南太平洋的扇形区域内,2次为我国大陆西部(图8)。

图8 泾县凤村井水位异常与对应地震空间分布图Fig.8 The spatial distribution map of the abnormal level of Fengcun well water in Jingxian with the corresponding earthquakes

4 结论与讨论

(1)综合分析表明,泾县凤村井水位异常多对应台湾及东南沿海、西太平洋、南太平洋的扇形区域。但作为单井单项预报地震,对发震时间的预报效果较好,而对地点与强度的预报,特别是地点常表现出难以区别近区中强等地震与远震的困难,这与马建英等[9]的研究结果相一致。

(2)震例分析表明,发生在不同地区、不同震级的地震,泾县凤村井水位异常特征以突降为主的阶变型,其次是突升,并与东南沿海中强地震有较好地对应关系,这可能与其所处的构造位置有很大关系,该井可能是反映区域应力场变化的一个 “敏感点”,仍需要深入研究。就异常变化幅度而言,一般大于5 cm以上,其异常特征非常明显,在该井水位整点值曲线上能够很容易地分辨出来,这种特征将在今后分析处理该井水位日常观测数据与地震分析预测中发挥着重要作用。

(3)本文的研究成果为今后该井水位异常现场核实、异常性质判别及异常信度判定提供参考依据。

[1]国家地震局预测预防司.地下流体地震预报方法[M].北京:地震出版社,1997.

[2]王海涛.静水位扰动异常与地震关系的分析[J].防灾科技学院学报,2011,13(3):36-38.

[3]兰双双,迟宝明.汶川地震前地下水位固体潮加卸载响应比异常分析[J].地震研究,2011,34(3):271-277.

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[8]郭一新,毛纪英,万迪昆,等.地下水微动态的远场效应初析[M]//国家地震局科技监测司编.实用化攻关研究文集(水文水化专辑).北京:地震出版社,1990.

[9]马建英,刘学领,杜宗和.天津潘庄井水位异常与地震关系的分析[J].华北地震科学,2008,26(2):35-39.

Analysis on the Relation Between Water Level Abnormality and Earthquake in Fengcun,Jingxian

WANG Jun1,WANG Xingzhou1,TAO Yuechao1,LIU Qingguo2,YANG Yuanyuan1

(1.Earthquake Administration of Anhui Province,Hefei 230031,China;2.Earthquake Administration of Xuancheng City,Xuancheng 242099,China)

In this paper,the groundwater anomalies and their characteristics of Fengcun well in Jingxian,Anhui,before strong earthquake occurred in far(ultra-far)places are systematically arranged and analyzed.The results show that the well with high precision and sensitivity about far earthquake,especially strong earthquake activity along the southeast coast,the Western Pacific,the South Pacific.Through this study,it will be helpfull to distinguish the anomalies of the subsurface fluids in Jingxian Fengcun wel1,and improve the prediction ability to earthquake.

Well water level;Far and strong earthquake;Anomaly identification;Reflecting earthquake

P332.3

A

1001-8662(2014)03-0115-05

10.13512/j.hndz.2014.03.019

王 俊,王行舟,陶月潮,等.泾县凤村井水位异常与地震关系分析[J].华南地震,2014,34(3):115-119.[WANG Jun,WANG Xingzhou,TAO Yuechao,etal.Analysis on the Relation Between Water Level Abnormality and Earthquake in Fengcun,Jingxian[J].South china journal of seismology,2014,34(3):115-119.]

投稿日期:2014-02-10

地震科技星火计划(XH14026)

王 俊 (1984-),男,助理工程师,硕士,主要从事地震地下流体和地震综合预报方法等研究工作.

E-mail:renshi1314@126.com.

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