信宜地震台3号井数字化水位同震响应浅析

张印爱　郑水军

摘 要：本文收集了2008—2018年3号井数字化水位观测对地震同震响应的数据资料，分析了井水位对7.8级以上大震的响应能力和同震变化特征。结果显示，3号井对远场大震响应能力较强;水位同震响应类型均表现为阶降;水位同震响应变化幅度与震中距和震级有明显的关联性;从同震响应方向来看，远场大震对本区域构造应力的影响以张应力为主。

关键词：信宜;3号井;水位;同震响应

中图分类号：P315.72 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）20-0155-04

Preliminary Analysis of Coseismic Response of Digital

Water Level in No.3 Well of Xinyi Seismic Station

ZHANG Yinai ZHENG Shuijun

（Xinyi Seismological Station of Guangdong Seismological Bureau，Xinyi Guangdong 525300）

Abstract： This paper collected the data of the digital water level observation of the No. 3 well from 2008 to 2018 on the earthquake coseismic response， and analyzed the response capacity and coseismic variation characteristics of the well water level to large earthquakes above 7.8. The results show that No. 3 well has strong response to far-field large earthquakes; the water level coseismic response type shows a step-down; the magnitude of the water level coseismic response has obvious correlation with the epicenter distance and magnitude; from the perspective of coseismic response， the influence of far-field large earthquakes on tectonic stress in this region is dominated by tensile stress.

Keywords： Xinyi;No. 3 well;water level;coseismic response

井水位同震响应是地震波作用于井含水层最为直接的体现，它与井孔的地质构造、水文地质条件﹑震级﹑震中距以及观测系统等很多因素有关。本文根据信宜台3号井水位2008—2018年记录的远场大震同震响应数据资料，进行具体分析和讨论。

1 信宜地震台3号井井孔概况与观测情况

信宜地震台的地理位置为（22°21′11″N，110°55′45″E），海拔高度为90m。它在大地构造上属于粤西隆起带，本地区的地质构造复杂，总体格局为一组北东向的活动断层和一组北西向的活动断层互相切割，形成网格状构造。其中，北东向的断层有合浦—玉林—梧州断裂、廉江—信宜—牛卫断裂、湛江—吴川—四会断裂;北西向的断层有横县—博白—茂名断裂、高州—电白断裂、茶山—闸坡断裂[1]。台站基岩为花岗片麻岩，岩性坚硬、完好，节理不发育。

3号井位于台站大院内，为静水位观测井，于2006年8月建成。开孔直径168mm，终孔直径130mm，孔深100.7m，终孔斜度2.71°，止水深度29.84m，稳定水位深度4.2m，井底沉渣孔1.2m，直径110mm。孔口至54.4m处为微风化眼球状混合岩，以下至井底为微风化黑云母变粒岩和微风化眼球状混合岩，储水空隙类型以裂隙承压水为主，含有少量孔隙水。观测层地下水埋藏类型以混合型水为主。井孔水的化学特征为pH值7.2中性水，水的化学类型为重碳酸盐-钠型水。

2007年5月27日安装了LN-3型数字水位仪。水位仪传感器投放深度离井口9m，每分钟测量一次水位数据，并可自动判别和记录水位突发异常事件，当水位变化速率超过所设定的阈值时，水位仪会自动识别并加密采样速率，由每分钟一次加密到每秒一次，如图1所示。12年的观测资料显示，水位观测正常，数据连续可靠，能记录到清晰的固体潮，也能记录到降雨后的干扰情况，对大震也有较明显的同震响应。

2 3号井水位同震响应震例分析

2008—2018年，全球共发生33次7.8级以上地震，3号井水位记录到同震响应的有7次，响应比例为21.21%，如表1所示。

2.1 四川汶川8.0级地震

2008年5月12日14：28，四川汶川（31.0°N，103.4°E）发生8.0级地震，震源深度14km，震中距离3号井1 219km。3号井水位观测5月12日14：33初动数据为4.824m，18日12：20记录到最低水位值5.339m，显示水位震后出现大幅度的下降，下降趋势从5月12日一直持续到18日，下降幅度为0.515m，如图2所示。

2.2 日本9.0级地震

2011年3月11日13：46，日本本州岛东部海域（38.1°N，142.6°E）发生9.0级地震，震源深度20km，震中距离3号井3 489km。水位观测3月11日14：03初动数据为5.012m，17日00：16記录到最低水位5.542m，数据显示水位震后出现大幅度下降，下降趋势从3月11日一直持续到17日，下降幅度为0.530m，如图3所示。

2.3 苏门答腊岛8.6级地震和8.2级地震

2012年4月11日16：38，苏门答腊岛北部附近海域（2.30°N，93.1°E）发生8.6级地震，震源深度20km，震中距离3号井2 949km;同日18：43，苏门答腊岛北部附近海域（0.80°N，92.4°E）发生8.2级地震，震源深度20km，震中距离3号井3 128km。当天，苏门答腊岛附近海域发生了两次地震，其间隔时间较短，仅有125min，水位出现较大的同震响应。水位观测4月11日16：40初动数据为4.954m，4月15日22：53记录到最低水位值5.220m，数据显示，水位震后出现大幅度下降，下降趋势从4月11日一直持续到15日，下降幅度为0.266m，如图4所示。

2.4 巴基斯坦7.8级地震

2013年9月24日19：29，巴基斯坦（27.0°N，65.5°E）发生7.8级地震，震源深度40km，震中距离3号井4 600km;水位观测9月24日19：37初动数据为3.995m，到9月26日08：03记录到最低水位值4.078m，数据显示，水位震后出现阶降，下降趋势从9月24日一直持续到26日，下降幅度为0.083m，如图5所示。

2.5 尼泊尔8.1级地震

2015年4月25日14：11，尼泊尔（28.2°N，84.7°E）发生8.1级地震，震源深度20km，震中距离3号井2 713km。水位观测4月25日14：23初动数据为4.560m，27日22：29记录到最低水位值4.636m，数据显示，水位震后出现阶降，下降趋势从4月25日一直持续到27日，数据下降幅度为0.076m，如图6所示。

2.6 苏门答腊岛7.8级地震

2016年3月2日20：49，印度尼西亚苏门答腊岛海域（4.90°S，94.21°E）发生7.8级地震，震源深度20km，震中距离3号井3 538km。水位观测3月2日20：50数据为4.483m，3月8日01：23记录到最低水位值4.712m，数据显示，水位震后出现大幅度的阶降，下降趋势从3月2日一直持续到8日，下降幅度为0.229m，如图7所示。

3 结论

①在统计的2008—2018年33次7.8级以上地震中，3号井水位记录到同震响应的有7次，响应比例为21.21%。由此可见，该井水位对大震的响应能力较强，虽然所处的区域属于少震弱震地区，但对远场大震的远场效应反应灵敏，能反映出区域应力场变化引起的含水层应力应变的变化[2]。井水位变化幅度与震级和震中距有关，震中距离越近，震级越大，同震响应比例越高，变化幅度越明显。

②地震引起的水位同震变化主要表现为三种：振荡型、阶跃型和振荡-阶跃复合型。振荡型变化是指在地震波的影响下水位在原平衡中心线快速来回波动，地震波过后能较快恢复原来的变化形态;阶跃变化是指在地震波的影响下水位偏离震前水位线并产生台阶，改变水位的背景，出现阶梯式的抬升或下降，这种变化需要较长时间才能恢复，有时甚至产生永久性改变;振荡-阶跃复合型则是振荡型和阶跃型两种类型的综合表现[3，4]。当地震波到达时，井所在含水岩体受到压应力或拉应力的作用，造成含水层的孔隙压力发生突变而形成阶变[5]，含水层所受的应力增大后体积被压缩就造成水位的上升，而含水層所受的应力降低后体积膨胀就造成水位的下降[6]。3号井水位在以上所对应的大震同震响应中表现出阶跃方向均向下的特征，显示该井含水层岩体受到拉张力作用，岩石孔隙率变大导致孔隙水压变小，水流由井孔返回含水层致使水位下降[7]，属于阶降变化，下降趋势持续几天。

③水位同震响应上升和下降的方向不因地震的远近、大小、震源机制或地震方向的变化而变化，更多地受控于本地的地质构造环境和水文地质条件[3]。水位同震阶跃响应的方向能在一定程度上反映本区域所受的构造应力状态，为大震后区域应力调整的表现。当井水位同震阶升时，井区压应力增加，意味着井区应力状态的加强，在一定程度上提升了该区域发震的危险性;当井水位同震阶降时，大震对井区的应力应变为张应力，在一定时期内不利于该区域大震的发生[3，4]。分析3号井震例可知，水位阶跃方向均为阶降变化，反映出震例中的远场大震对本地区应力作用以拉张为主，它对本地区起着减震作用，在一定时期内不利于大震的发生。

参考文献：

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[2]沈平，敬少群.湖南数字化井水位对尼泊尔M8.1级地震的同震响应特征分析[J].地球物理学进展，2017（5）：1915-1920.

[3]周志华，黄辅琼，马玉川.中国大陆井水位观测网对甘肃岷县漳县6.6级地震同震响应特征分析[J].地震工程学报，2013（3）：529-534.

[4]万永芳，李健梅.广东井水位和水温对汶川8.0级地震的同震响应研究[J].华南地震，2010（30）：53-60.

[5]张清秀，陈小云，陈莹，等.福建省数字化水位水温资料的远场效应研究[J].华北地震科学，2007（4）：49-54.

[6]付虹，邬成栋，刘强，等.印尼巨大地震引起的云南水位异常记录及其意义[J].地震地质，2007（4）：873-882.

[7]中国地震局预测预报司.地震地下流体预报方法[M].北京：地震出版社，1997.