馬嶺水位數據與地震波對比研究

丁 銳 王棵佳 栗 寧 胡發瑞 趙 瑞

（湖北省地震局，湖北 武漢430000）

1 概述

泛分布于地殼巖體中，具有廣泛性，易流動性等特性，對地下應力應變具有靈敏的響應，地震的發生對井水位變化有一定的影響。地震產生時，井水位對其的響應主要有兩種類型：快速的震蕩變化和持續的單調變化。其中，快速的震蕩變化以井水位采樣頻率的不同而呈現出不同的形態；持續的單調變化有兩種：緩慢的持續變化和極速的階躍變化。本文將依據鐘祥馬嶺地下流體臺站水位的觀測資料與鐘祥測震臺觀測資料，參考2017 年8月8 日九寨溝發生的7.0 級地震進行分析研究。

2 概況

地下流體臺站地理坐標為東經112.8°、北緯31.3°，地面高程197 m，水位測點深度24m，臺站位于北西向大洪山南緣，低山高丘與壟崗、江漢平原的過渡地帶，臺站及其東北側為高程200～600m 的低山、丘陵，自西北向東南依次排列的封頂構成連續的北西向脊嶺，總體由北東向南西斜，相對高程一般為150～300m，切割較劇烈，坡麓較陡。北西向脊嶺以西，地貌上表現為廣闊的壟崗，地面高程普遍為100～160 m，相對高程20～50 m。臺站地區的水系發育、湖泊（塘）較多。該臺站于2013 年建成并調試，2014 年1 月正式并網運行。鉆井深度349.93 米，鉆井垂直每100 米斜度小于1°。井管外徑為127mm，內徑為110mm。臺站周邊無大型建設施工等干擾因素，觀測環境良好。

臺觀測站地理坐標為東經112.7°、北緯31.2°，地面高程64m 。其觀測設備為CTS-1 型地震計，觀測頻帶為50Hz-120s，距離鐘祥馬嶺地下流體臺站約18KM。

3 觀測儀器

地下流體臺站水位觀測儀器型號為SWY-II 型水位儀，采用靜水位觀測方式，主要技術參數為：a.量程范圍：0～10m；b.最大誤差：≤0.2%FS；c.采樣率：1 次/秒、1 次/分（入庫用）；m 分辨率：優于1mm；d.長期穩定性：0.1%FS/年。

圖1 記錄原始波形

臺觀測臺采用的地震計型號為CTS-1 型，屬于高靈敏度甚寬頻帶地震計。它由一個垂直向，兩個水平向的傳感器安裝組成，觀測頻帶為50Hz-120s，儀器本身產生的噪聲很低，優于140db[1]。地震計采用力平衡反饋系統。該儀器能夠在無人值守情況下穩定工作，適合長期的觀測記錄。

4 資料及處理

馬嶺地下流體臺站水位儀記錄到的2017 年8 月9 日四川九寨溝地震數據，以及鐘祥測震臺站記錄到的該地震數據，其原始數據波形見圖1，該儀器所在井為自流井，采用靜水位觀測方式，水位儀記錄數值為水面離井口的距離。

此次地震的基本參數如下。發震時刻：2017 年8 月9 日7 時27 分52 秒，地理坐標為：東經82.89°，北緯44.27°，震級：Ms 6.6 級。

由圖1 見，水位儀秒鐘值記錄到的水震波與地震波波形基本類似，出現了明顯的震相，面波和尾波，與地震波相比，水震波的面波持續持續時間短。水位儀分鐘值記錄到的水震波只能記錄到地震的面波信息。

5 認識與結論

5.1 通含水層力學狀態關系分析井水位的上升和下降，含水層在壓應力作用下井水位升高，在張應力作用下井水位下降[2]。井水位對地震波的響應主要是由于地震波在含水層中傳播時，含水層中的彈性壓縮和彈性張力的變化，導致水位相應的變化。地震波交替產生彈性壓縮和拉伸的瞬時力，當壓縮應力大于拉伸應力，同震水位的變化往往反映出振蕩上升的幅度大于振蕩下降的幅度。相反，當壓縮應力小于拉伸應力，同震水位的變化往往反映出振蕩上升的幅度小于振蕩下降的幅度。振蕩停止時，井水位立即恢復到地震前的水位正常值，說明井孔附近沒有產生顯著的水進出，井孔內的水沒有流動到遠距離的地方。水的上升或下降只造成地下水短距離位移，只有一些井孔周圍的水改變了位置。

5.2 馬嶺井水位變化表現為水位震蕩，而無論震源機制、地震方位和震級如何[3]。不同的采樣頻率導致馬嶺水位呈現出不同形態。參考鐘祥臺地震計記錄的震相，馬嶺水位儀分鐘值數據由于采樣率過低，能記錄到地震，不能更多的反應地震的其它信息。馬嶺水位秒鐘值數據可以大致反應地震波的到時以及面波信息，由于采樣率，水位儀頻率響應等原因，水位儀記錄到的水震波形態與地震波不大相同，如果可以提高采樣率，估計可以更好的記錄到地震信息。