马岭水位数据与地震波对比研究

丁 锐 王棵佳 栗 宁 胡发瑞 赵 瑞

（湖北省地震局，湖北 武汉430000）

1 概述

泛分布于地壳岩体中，具有广泛性，易流动性等特性，对地下应力应变具有灵敏的响应，地震的发生对井水位变化有一定的影响。地震产生时，井水位对其的响应主要有两种类型：快速的震荡变化和持续的单调变化。其中，快速的震荡变化以井水位采样频率的不同而呈现出不同的形态；持续的单调变化有两种：缓慢的持续变化和极速的阶跃变化。本文将依据钟祥马岭地下流体台站水位的观测资料与钟祥测震台观测资料，参考2017 年8月8 日九寨沟发生的7.0 级地震进行分析研究。

2 概况

地下流体台站地理坐标为东经112.8°、北纬31.3°，地面高程197 m，水位测点深度24m，台站位于北西向大洪山南缘，低山高丘与垄岗、江汉平原的过渡地带，台站及其东北侧为高程200～600m 的低山、丘陵，自西北向东南依次排列的封顶构成连续的北西向脊岭，总体由北东向南西斜，相对高程一般为150～300m，切割较剧烈，坡麓较陡。北西向脊岭以西，地貌上表现为广阔的垄岗，地面高程普遍为100～160 m，相对高程20～50 m。台站地区的水系发育、湖泊（塘）较多。该台站于2013 年建成并调试，2014 年1 月正式并网运行。钻井深度349.93 米，钻井垂直每100 米斜度小于1°。井管外径为127mm，内径为110mm。台站周边无大型建设施工等干扰因素，观测环境良好。

台观测站地理坐标为东经112.7°、北纬31.2°，地面高程64m 。其观测设备为CTS-1 型地震计，观测频带为50Hz-120s，距离钟祥马岭地下流体台站约18KM。

3 观测仪器

地下流体台站水位观测仪器型号为SWY-II 型水位仪，采用静水位观测方式，主要技术参数为：a.量程范围：0～10m；b.最大误差：≤0.2%FS；c.采样率：1 次/秒、1 次/分（入库用）；m 分辨率：优于1mm；d.长期稳定性：0.1%FS/年。

图1 记录原始波形

台观测台采用的地震计型号为CTS-1 型，属于高灵敏度甚宽频带地震计。它由一个垂直向，两个水平向的传感器安装组成，观测频带为50Hz-120s，仪器本身产生的噪声很低，优于140db[1]。地震计采用力平衡反馈系统。该仪器能够在无人值守情况下稳定工作，适合长期的观测记录。

4 资料及处理

马岭地下流体台站水位仪记录到的2017 年8 月9 日四川九寨沟地震数据，以及钟祥测震台站记录到的该地震数据，其原始数据波形见图1，该仪器所在井为自流井，采用静水位观测方式，水位仪记录数值为水面离井口的距离。

此次地震的基本参数如下。发震时刻：2017 年8 月9 日7 时27 分52 秒，地理坐标为：东经82.89°，北纬44.27°，震级：Ms 6.6 级。

由图1 见，水位仪秒钟值记录到的水震波与地震波波形基本类似，出现了明显的震相，面波和尾波，与地震波相比，水震波的面波持续持续时间短。水位仪分钟值记录到的水震波只能记录到地震的面波信息。

5 认识与结论

5.1 通含水层力学状态关系分析井水位的上升和下降，含水层在压应力作用下井水位升高，在张应力作用下井水位下降[2]。井水位对地震波的响应主要是由于地震波在含水层中传播时，含水层中的弹性压缩和弹性张力的变化，导致水位相应的变化。地震波交替产生弹性压缩和拉伸的瞬时力，当压缩应力大于拉伸应力，同震水位的变化往往反映出振荡上升的幅度大于振荡下降的幅度。相反，当压缩应力小于拉伸应力，同震水位的变化往往反映出振荡上升的幅度小于振荡下降的幅度。振荡停止时，井水位立即恢复到地震前的水位正常值，说明井孔附近没有产生显著的水进出，井孔内的水没有流动到远距离的地方。水的上升或下降只造成地下水短距离位移，只有一些井孔周围的水改变了位置。

5.2 马岭井水位变化表现为水位震荡，而无论震源机制、地震方位和震级如何[3]。不同的采样频率导致马岭水位呈现出不同形态。参考钟祥台地震计记录的震相，马岭水位仪分钟值数据由于采样率过低，能记录到地震，不能更多的反应地震的其它信息。马岭水位秒钟值数据可以大致反应地震波的到时以及面波信息，由于采样率，水位仪频率响应等原因，水位仪记录到的水震波形态与地震波不大相同，如果可以提高采样率，估计可以更好的记录到地震信息。