皖23井水位的強震映震效應

祝怡紅 周振貴 蔣世清 胡江輝

摘 要：地下水作為一種極為活躍的物質(zhì)，參與了地震的孕育、發(fā)生和調(diào)整的全過程。而且在地震的前兆顯示中起著重要的作用。本研究介紹了皖23井的基本情況，立足于皖23井水位儀對于強震映震現(xiàn)象，根據(jù)建立多元線性回歸模型，得出了皖23井的強震映震效應與強震震級，震中距的關(guān)系，給出了回歸方程，并通過檢驗得出方程顯著。該方程表明皖23井對應強震的映震效應跟強震的震級成正比，跟井震距的對數(shù)成反比，此種定量分析也有助于我們以后研究皖23井的水位變化及地震異常情況。

關(guān)鍵詞：井水位 映震效應 多元線性回歸 皖23井

中圖分類號：P3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（b）-0011-02

Abstract：As an extremely active substances， the groundwater participates the whole process of the gestation， occurrence and adjustment in the earthquake . Also， water level of the well plays an important role in the earthquake precursory . Based on WAN 23 well water level for the strong earthquake effection， this paper introduces the basic situation of WAN 23 well， and set up the multiple linear regression model.Then we can found the relationship between the strong earthquake effection and the magnitude，and establish a regression equation to pass the test. This equation shows that the strong earthquake effection of WAN 23 well water level is proportional to the earthquake magnitude，and inversely proportional to logarithmic epicenter distance.Thus quantitative analysis also help us study the change of WAN 23 well water level and seismic anomalies.

Key Words：well water level；earthquake effection；multiple linear regression；Wan23 Well

利用地下水進行地震預報和研究，有比較明確的物理基礎(chǔ)。地下水作為一種極為活躍的物質(zhì)，參與了地震的孕育、發(fā)生和調(diào)整的全過程，故而地下水觀測是一種重要的前兆觀測手段。地震波可在固體介質(zhì)中傳播，當它傳播到含水層時，由于含水層彈性形變，可引發(fā)孔隙壓力的波動并表現(xiàn)為含水層中水位的震蕩變化。而強震來臨之后，地下活動的變化，也可能引發(fā)空隙壓力的波動，從而引起水位的變化，對于井水位的強震應震效應分析研究有著重要的意義。安慶皖23井屬于安徽省十五網(wǎng)絡(luò)項目地下流體的改造工程，水位觀測比較穩(wěn)定，數(shù)據(jù)可靠。本研究通過皖23井自2008年汶川地震以來5次7級以上強震水位同震水震波最大振幅、震級、井震距的關(guān)系建立了多元線性回歸模型。

1 皖23井概況

皖23井始建于1987年，位于安慶市東北郊十公里處的北東向頭坡斷裂上。該井位于大龍山與長江之間的沖積平原，西北邊有大龍山，東邊為石塘湖水域，地下水補給區(qū)主要來自大龍山，見圖1。井孔地理坐標：北緯30.58度，東經(jīng)：117.07度。該井位于空軍水廠附近農(nóng)田中，其東邊距石塘湖約100米，湖水位對井水位有荷載效應，呈正相關(guān)，區(qū)內(nèi)有肥中、肥西—韓擺渡斷裂、郯廬斷裂、宿松—樅陽斷裂帶通過。井深650.69米，井口標高8.7米，水溫19℃。密封套管0米～293米，以下為裸孔，大都為石英正長斑巖。主要含水層位于350米～369.5米和399.5米～401米處，另外470.9米～550米之間有四段弱含水層。地下水屬裂隙承壓水，地表水對井水位影響不大。

2 皖23井水位強震映震效應

2.1 皖23井水位同震變幅

皖23井數(shù)字化觀測雖然才三四年時間，但是儀器運行較為平穩(wěn)，連續(xù)率和完整率都較高，數(shù)據(jù)資料也較為真實可靠。

在2007年6月1日至2011年9月30日的水位資料中，對五次強震同震現(xiàn)象進行分析（地震資料來自中國地震臺網(wǎng)），統(tǒng)計結(jié)果見表1。

例如，我們繪制皖23井對于日本9.0級地震的同震水位，得到圖2。

2.2 水位應震響應特征分析

計算方法：多元線性回歸模型的建立

一般稱

為高斯—馬爾柯夫線性模型（K元線性回歸模型），并簡記為

稱為回歸平面方程。

用試驗值（樣本值）對未知參數(shù)和作點估計和假設(shè)檢驗，從而建立y與之間的數(shù)量關(guān)系，利用最小二乘法求的估計量（作離差平方和）：

選擇使Q達到最小。

解得估計值。

得到的代入回歸平面方程得：

稱為經(jīng)驗回歸平面方程，稱為經(jīng)驗回歸系數(shù)。

假設(shè)

當H0成立時，

如果F>F1-α（k，n-k-1），則拒絕H0，認為y與x1，…，xk之間顯著地有線性關(guān)系；否則就接受H0，認為y與x1，…，xk之間線性關(guān)系不顯著。

我們根據(jù)皖23井所體現(xiàn)的同震效應來分析強震震級（Ms）及井震距（D）對于水位振幅（ΔH）影響的關(guān)系。假設(shè)

代入表1數(shù)據(jù)，應用上述回歸分析計算方法得：

相關(guān)系數(shù)r2=0.9669，接近于1，說明回歸方程顯著；

F>F1-α（k，n-k-1）時拒絕H0，F(xiàn)=29.1878，說明回歸方程越顯著；

與F對應的概率p=0.0002<α（α為顯著性水平，設(shè)為0.05），拒絕H0，所以回歸模型成立。

從殘差圖可以看出，除第二個數(shù)據(jù)（青海玉樹地震）外，其余數(shù)據(jù)的殘差離零點均較近，且殘差的置信區(qū)間均包含零點，這說明回歸模型

能較好的符合原始數(shù)據(jù)，而第二個數(shù)據(jù)可視為異常點。

由以上分析得出，強震震級越大，引發(fā)的水位震蕩最大振幅越大，井震距越大，引發(fā)的水位震蕩最大振幅越小。

3 結(jié)論

（1）地震波是彈性波，它在固體介質(zhì)中可傳播，當這種波傳播到含水層時，由于含水層彈性變形，也可引發(fā)孔隙壓力的波動并表現(xiàn)為含水層中水位的振蕩變化，皖23井對應強震的映震效應跟強震的震級成正比，跟井震距的對數(shù)成反比，這種效應可以根據(jù)建立多元線性回歸模型得出關(guān)系式：

。

（2）根據(jù)對近幾年的水位數(shù)據(jù)分析得出，皖23井水位的同震能力較弱，由于樣本的局限性，本研究對于映震效應的分析有待于進一步完善。

參考文獻

[1]晏銳.影響井水位變化的幾種因素研究[D].北京：中國地震局地震預測研究所，2008：59-63.

[2]馬建英，劉學領(lǐng)，杜宗和.天津潘莊井水位異常與地震關(guān)系的分析[J].華北地震科學，2003，25（2）：298-306.

[3]尹寶軍，馬麗等.汶川8.0級地震及其強余震引起的唐山井水位同震響應特征分析[J].地震學報，2009，31（2）：195-204.