女山井地下水位潮汐因子初步分析

肖 攀，潘 潔，李露露，吳 輝，張偉峰

(安徽省地震局蚌埠地震臺,安徽 蚌埠 233000)

女山井地下水位潮汐因子初步分析

肖 攀，潘 潔，李露露，吳 輝，張偉峰

(安徽省地震局蚌埠地震臺,安徽 蚌埠 233000)

利用維尼迪柯夫潮汐調和分析方法和五河縣女山井水位2009-2015年原始資料，剔除氣壓數據影響后，計算出潮汐因子。結果表明，根據原始資料和剔除氣壓影響后的資料分別計算得到的潮汐因子具有較好的一致性，說明采用維尼迪柯夫潮汐調和分析方法得到的結果基本不受氣壓因素的影響。同時五河縣女山井水位潮汐因子在部分地震前有明顯異常表現。

女山井；水位；潮汐因子；氣壓

安徽省蚌埠地區地下流體觀測工作始于1980年，起初為模擬觀測，經“十五”“十一五”前兆臺網改造后，地震部門所屬觀測井大多實現數字化觀測。女山井作為蚌埠地區第一口靜水位數字化觀測井，其觀測數據多次在地震趨勢會商中發揮重要作用。從多年觀測資料來看，氣壓對該井水位觀測值有一定的影響。然而，氣壓對該井固體潮因子的計算結果是否有影響尚未有相關研究。為此，本文采用維尼迪柯夫潮汐調和分析方法，根據女山井靜水位資料和剔除氣壓影響后的資料，分別計算出潮汐因子，后進行對比分析研究。

1 井孔概況和水位氣壓分析原理

女山井位于安徽省蚌埠市五河縣小溪鎮境內，圖1中標★處即為女山井位置。五河縣女山區域屬華北地層大區晉冀魯豫地區徐淮地層分區的淮北地層小區，區域地層從新太古界至第四系均有不同程度的發育，地表出露的地層為第四系全新統蚌埠組、上更新統潁上組，下伏基巖主要為新太古代五河群。女山距郯廬斷裂帶3 km，附近100 km有太和—五河斷裂、臨泉—劉府斷裂。該井自2007年3月起使用LN-3A數字化水位儀進行靜水位觀測。該井水位受降雨影響明顯，總體上呈夏高冬低狀態(參見圖2)，具有較為顯著的周期變化特征，有明顯的固體潮效應和同震效應，其觀測數據在震情會商中被廣泛應用。為了獲取女山井氣壓系數的正常背景值，在數據的選取條件中，盡量避免選取降雨及地震活動時段的數據，這樣水位動態曲線中只需考慮氣壓和固體潮兩種干擾成分。為了盡量濾去固體潮的波形，達到壓低固體潮對“水位與氣壓”相關分析影響的目的，在數據處理過程中，選用水位和氣壓的整點值進行相關統計。針對水位與氣壓回歸模型的選取，車用太、汪成民等提出了一元回歸、二元回歸與一階差分等方法[1-2]。本文采用簡單實用的日值一階差分線性回歸方法計算氣壓系數，即bp=ΔH/ΔP，ΔH為水位變化量，ΔP為氣壓變化量。該方法可以基本去除水位月變規律中的趨勢性升降變化和潮汐引力對水位的影響。

2 資料選取與計算分析

圖1 女山井地理位置圖

女山井靜水位于2007年3月投入觀測，通過一段時間的運行證明，該井觀測系統比較穩定，儀器工作正常，產出的觀測數據可信度較高。多年來，該井產出數據的連續性和穩定性好，是開展潮汐因子變化特征研究的理想觀測資料。為排除其它因素對水位數據的可能干擾，一般選用氣象干擾小、臺站周圍地震活動平靜的冬季為計算時段[3-4]。根據氣象資料統計，女山井每年10-12月為降雨量少的月份，因此分別使用2009-2015年間每年10-12月氣壓與水位數據資料進行相關性分析。從分析結果可以看出，女山井的水位與氣壓數據之間具有較強的線性關系。為了方便計算，把水位與氣壓、固體潮的二元回歸計算簡化為水位與氣壓的一元回歸計算。選取2009-2015年10-12月水位和氣壓的日均值資料，分為5個時段進行水位與氣壓的一元相關性分析(參見圖3)，結果見表1。

根據表1，對各年氣壓系數進行加權平均，得出女山井氣壓系數為0.0036195 m/hPa，即：氣壓每變化1 hPa 能引起3.6195 mm的水位變化量。根據這個氣壓系數，我們對2009-2015年水位數據進行修正，同時與原始數據進行對比分析，可以看出兩者相關性較好，參見圖4。

圖2 女山井水位氣壓對比圖

圖3 氣壓水位相關性分析

時段KbR2標準誤差2009年10-12月0.0030140.0001030.5023590.0236932010年10-12月0.0037310.0097270.8120180.0081682011年10-12月0.0037150.0038550.6270930.0093442012年10-12月0.0031810.0035730.44230.0212212013年10-12月0.005225-0.009670.0771570.0520562014年10-12月0.0036140.0099760.6440.0099052015年10-12月0.0041350.0022260.62960.009951

利用維尼迪柯夫潮汐調和分析方法對2009-2015年間女山井水位原始整點值資料和氣壓修正數據進行M2波、O1波調和分析，結果顯示，M2波略大于O1波，總體變化趨勢一致。將原始水位觀測資料和剔除氣壓干擾的水位觀測資料進行潮汐調和分析后得到的潮汐因子進行對比可以發現，兩組潮汐因子之間相關性和一致性較好(參見圖5 )。

圖5 維尼迪柯夫潮汐調和分析計算結果

圖6 潮汐因子相位差變化

3 潮汐因子變化與地震事件的關聯分析

在2014年4月20日霍山M4.3地震和2015年阜陽M4.3地震前，女山井水位原始整點值M2波潮汐因子出現不同程度的低值異常。2013年12月，即霍山地震前4個月，女山井M2波潮汐因子出現高值，并持續下降，在低值時發震。2014年10月，即阜陽地震前6個月，女山井M2波潮汐因子出現高值，并持續下降，在低值時發震。安慶M4.8級地震和高郵M4.9級地震前，水位原始整點值M2波相位和剔除氣壓干擾后的水位M2波相位變化幅度都很小(參見圖6)。

經過分析認為：(1)女山井無論從原始水位獲取的潮汐因子還是剔除氣壓干擾后獲取的潮汐因子，其變化形態都非常相似，對于本區域缺少氣壓等輔助觀測設備的井點計算潮汐因子具有一定的參考意義。(2)女山井水位在部分地震前有明顯的異常表現，顯示出一定程度的映震能力。(3)女山井潮汐因子在區域中強震前的異常變化也具有一致性，潮汐因子異常出現在上述中強震前4-6個月，表現為潮汐因子先出現上升異常，之后下降并發震。

[1] 國家地震局科技監測司.地震地下水手冊[M].北京:地震出版社,1995:302-305.

[2] 魚金子,谷園珠,殷世林．三口井水位的氣壓系數變化及其與地震關系初探[J].地震，1990(3):25-32．

[3] 史凱．蘇15井數字化水位特征分析[J].內陸地震，2014,28(4):360-365.

[4] 王玥琪，楊立明.維尼迪科夫調和分析對大甸子井水位潮汐因子和相位的氣象影響研究[J].地震工程學報，2015, 37(1):255-259．

Preliminary Analysis of Tidal Factor with the Method of Venidikov Harmonic Analysis

XIAO Pan，PAN Jie，LI Lulu，WU Hui，ZHANG Weifeng

(Bengbu Seismic Station, Earthquake Administration of Anhui Province, Anhui Bengbu 233000，China)

This paper analyzes the tidal factor of the water level data from 2009 to 2015 with or without atmospheric pressure corrections, using the Venidikov Harmonic Analysis Method. The results show that there is a good consistency or correlation between the data with or without the atmospheric correction. And no effects are found on atmospheric pressure by using Venidikov Harmonic Analysis Method. Besides, the results indicate that the tidal factor has obvious abnormal morphologic characteristic.

Nvshan well; water level; tidal factor; atmospheric pressure

2016-10-06；

2017-01-05

肖攀(1983-)，男，安徽省蚌埠市人，工程師，主要從事地震監測預報及研究.

本文得到安徽省地震局科研合同制課題項目(201642)資助.

P315.723

B

1001-8115(2017)02-0015-04

10.13716/j.cnki.1001-8115.2017.02.004