静水位仪的映震特征分析

祝怡红,周振贵

(安徽省安庆地震台，安徽安庆　246001)



静水位仪的映震特征分析

祝怡红,周振贵

(安徽省安庆地震台，安徽安庆246001)

摘要：介绍了皖23井的基本情况，立足于皖23井水位仪对于强震映震现象，根据建立多元线性回归模型，得出了皖23井的强震映震效应与强震震级、震中距的关系，并给出回归方程。

关键词：地下流体；映震效应；特征分析

0引言

利用地下水进行地震预报和研究，有比较明确的物理基础。地下水作为一种极为活跃的物质，参与了地震的孕育、发生和调整的全过程，故而地下水观测是一种重要的前兆观测手段。地震波可在固体介质中传播，当它传播到含水层时，由于含水层弹性形变，可引发孔隙压力的波动并表现为含水层中水位的震荡变化。而强震来临之后，地下活动的变化，也可能引发空隙压力的波动，从而引起水位的变化，对于井水位的强震应震效应分析研究有着重要的意义[1-3]。安庆皖23井属于安徽省“十五”网络项目地下流体的改造工程，水位观测比较稳定，数据可靠。本文通过皖23井自2008年汶川8.0级地震以来5次7级以上强震水位同震水震波最大振幅、震级、井震距的关系建立了多元线性回归模型。

1皖23井概况

皖23井始建于1987年，位于安庆市东北郊10 km处的北东向头坡断裂上。该井位于大龙山与长江之间的冲积平原，西北边有大龙山，东边为石塘湖水域，地下水补给区主要来自大龙山(见图1)。井孔地理坐标为30.58°，117.07°E。该井位于空军水厂附近农田中,其东边距石塘湖约100 m，湖水位对井水位有荷载效应，呈正相关，区内有肥中、肥西—韩摆渡断裂带、郯庐断裂带、宿松—枞阳断裂带通过。井深650.69 m，井口标高8.7 m，水温19℃。密封套管0 m～293 m，以下为裸孔，大都为石英正长斑岩。主要含水层位于350 m～369.5 m和399.5 m～401 m处，另外470.9 m～550 m之间有4段弱含水层。地下水属裂隙承压水，地表水对井水位影响不大。

2皖23井水位强震映震效应

2.1皖23井水位同震变幅

皖23井数字化观测虽然才三四年时间，但是仪器运行较为平稳，连续率和完整率都较高，数据资料也较为真实可靠。

在2007年6月1日至2011年9月30日的水位资料中，对5次强震同震现象进行分析(地震资料来自中国地震台网)，统计结果见表1。

例如，绘制皖23井对于日本9.0级地震的同震水位，得到图2。

图1　皖23井附近地质构造

表1　　　　　　　皖23井水位同震效应变化统计

2.2水位应震响应特征分析

计算方法：多元线性回归模型的建立

(1)

一般称为高斯—马尔柯夫线性模型(K元线性回归模型)，并简记为(Y,Xβ,σ2In)

(2)

y=β0+β1x1+…+βkxk称为回归平面方程。

用试验值(样本值)对未知参数β和σ2作点估计和假设检验，从而建立y与x1,x2,…,xk之间的数量关系，利用最小二乘法求β0,…,βk的估计量(作离差平方和)：

(3)

选择β0,…,βk使Q达到最小。

(4)

假设H0:β0=β1=…=βk=0

(5)

如果F>F1-α(k，n-k-1)，则拒绝H0，认为y与x1,…, xk之间显著地有线性关系；否则就接受H0，认为y与x1,…, xk之间线性关系不显著。

根据皖23井所体现的同震效应来分析强震震级(Ms)及井震距(D)对于水位振幅(ΔH)影响的关系。假设：

ΔH=β0+β1Ms+β2ln(D)

(6)

代入表1数据，应用上述回归分析计算方法得:

ΔH=0.092 4Ms-0.022 8ln(D)-0.505 4

(7)

相关系数r2= 0.966 9，接近于1，说明回归方程显著。

F>F1-α(k，n-k-1)时拒绝H0，F=29.187 8，说明回归方程越显著；

与F对应的概率p=0.000 2<α(α为显著性水平，设为0.05)，拒绝H0，所以回归模型成立。

从残差图可以看出，除第二个数据(青海玉树地震)外，其余数据的残差离零点均较近，且残差的置信区间均包含零点，这说明回归模型

ΔH=0.092 4Ms-0.022 8ln(D)-0.505 4

能较好的符合原始数据，而第二个数据可视为异常点。

图2　皖23井水位对日本9.0级大地震的同震效应

由以上分析得出，强震震级越大，引发的水位震荡最大振幅越大;井震距越大，引发的水位震荡最大振幅越小。

3结论和讨论

(1)地震波是弹性波，它在固体介质中可传播，当这种波传播到含水层时，由于含水层弹性变形，也可引发孔隙压力的波动并表现为含水层中水位的振荡变化，皖23井对应强震的映震效应跟强震的震级成正比，跟井震距的对数成反比，这种效应可以根据建立多元线性回归模型得出关系式：

ΔH=0.0924Ms-0.022 8ln(D)-0.505 4

(2)根据对近几年的水位数据分析得出，皖23井水位的同震能力较弱。由于样本的局限性，本文对于映震效应的分析有待于进一步完善。

图3　皖23井强震应震事件对应的残差与置信区间分析图

参考文献：

[1]晏锐.影响井水位变化的几种因素研究[D].北京：中国地震局地震预测研究所,2008：59-63.

[2]马建英,刘学领,杜宗和.天津潘庄井水位异常与地震关系的分析[J].华北地震科学,2003,25(2)：298-306.

[3]尹宝军,马丽.汶川8.0级地震及其强余震引起的唐山井水位同震响应特征分析[J].地震学报,2009,31(2):195-204.

ANALYSIS ON SEISMIC REFLECTION CHARACTERISTICS OF STATIC WATER LEVEL METER

ZHU Yihong,ZHOU Zhengui

(Anqing Seismic Station,Anhui Province,nqing 246001,China)

Abstract:Based on Wan No.23 well water level for the strong earthquake reflection,this paper introduces the basic situation of the well,and set up the multiple linear regression model.Then the relationship between the strong earthquake reflection and the magnitude is got,and the regression equation is established.

Key words:Subsurface fluid;Earthquake reflection;Characteristic analysis

收稿日期：2015-03-29

作者简介：祝怡红(1986—)，女，安徽岳西人，现主要从事地震监测工作。

中图分类号：P315.72+3

文献标识码：A

文章编号：1005-586X(2016)02-0021-04