女山井地下水位潮汐因子初步分析

肖 攀，潘 洁，李露露，吴 辉，张伟峰

(安徽省地震局蚌埠地震台,安徽 蚌埠 233000)

女山井地下水位潮汐因子初步分析

肖 攀，潘 洁，李露露，吴 辉，张伟峰

(安徽省地震局蚌埠地震台,安徽 蚌埠 233000)

利用维尼迪柯夫潮汐调和分析方法和五河县女山井水位2009-2015年原始资料，剔除气压数据影响后，计算出潮汐因子。结果表明，根据原始资料和剔除气压影响后的资料分别计算得到的潮汐因子具有较好的一致性，说明采用维尼迪柯夫潮汐调和分析方法得到的结果基本不受气压因素的影响。同时五河县女山井水位潮汐因子在部分地震前有明显异常表现。

女山井；水位；潮汐因子；气压

安徽省蚌埠地区地下流体观测工作始于1980年，起初为模拟观测，经“十五”“十一五”前兆台网改造后，地震部门所属观测井大多实现数字化观测。女山井作为蚌埠地区第一口静水位数字化观测井，其观测数据多次在地震趋势会商中发挥重要作用。从多年观测资料来看，气压对该井水位观测值有一定的影响。然而，气压对该井固体潮因子的计算结果是否有影响尚未有相关研究。为此，本文采用维尼迪柯夫潮汐调和分析方法，根据女山井静水位资料和剔除气压影响后的资料，分别计算出潮汐因子，后进行对比分析研究。

1 井孔概况和水位气压分析原理

女山井位于安徽省蚌埠市五河县小溪镇境内，图1中标★处即为女山井位置。五河县女山区域属华北地层大区晋冀鲁豫地区徐淮地层分区的淮北地层小区，区域地层从新太古界至第四系均有不同程度的发育，地表出露的地层为第四系全新统蚌埠组、上更新统颍上组，下伏基岩主要为新太古代五河群。女山距郯庐断裂带3 km，附近100 km有太和—五河断裂、临泉—刘府断裂。该井自2007年3月起使用LN-3A数字化水位仪进行静水位观测。该井水位受降雨影响明显，总体上呈夏高冬低状态(参见图2)，具有较为显著的周期变化特征，有明显的固体潮效应和同震效应，其观测数据在震情会商中被广泛应用。为了获取女山井气压系数的正常背景值，在数据的选取条件中，尽量避免选取降雨及地震活动时段的数据，这样水位动态曲线中只需考虑气压和固体潮两种干扰成分。为了尽量滤去固体潮的波形，达到压低固体潮对“水位与气压”相关分析影响的目的，在数据处理过程中，选用水位和气压的整点值进行相关统计。针对水位与气压回归模型的选取，车用太、汪成民等提出了一元回归、二元回归与一阶差分等方法[1-2]。本文采用简单实用的日值一阶差分线性回归方法计算气压系数，即bp=ΔH/ΔP，ΔH为水位变化量，ΔP为气压变化量。该方法可以基本去除水位月变规律中的趋势性升降变化和潮汐引力对水位的影响。

2 资料选取与计算分析

图1 女山井地理位置图

女山井静水位于2007年3月投入观测，通过一段时间的运行证明，该井观测系统比较稳定，仪器工作正常，产出的观测数据可信度较高。多年来，该井产出数据的连续性和稳定性好，是开展潮汐因子变化特征研究的理想观测资料。为排除其它因素对水位数据的可能干扰，一般选用气象干扰小、台站周围地震活动平静的冬季为计算时段[3-4]。根据气象资料统计，女山井每年10-12月为降雨量少的月份，因此分别使用2009-2015年间每年10-12月气压与水位数据资料进行相关性分析。从分析结果可以看出，女山井的水位与气压数据之间具有较强的线性关系。为了方便计算，把水位与气压、固体潮的二元回归计算简化为水位与气压的一元回归计算。选取2009-2015年10-12月水位和气压的日均值资料，分为5个时段进行水位与气压的一元相关性分析(参见图3)，结果见表1。

根据表1，对各年气压系数进行加权平均，得出女山井气压系数为0.0036195 m/hPa，即：气压每变化1 hPa 能引起3.6195 mm的水位变化量。根据这个气压系数，我们对2009-2015年水位数据进行修正，同时与原始数据进行对比分析，可以看出两者相关性较好，参见图4。

图2 女山井水位气压对比图

图3 气压水位相关性分析

时段KbR2标准误差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

利用维尼迪柯夫潮汐调和分析方法对2009-2015年间女山井水位原始整点值资料和气压修正数据进行M2波、O1波调和分析，结果显示，M2波略大于O1波，总体变化趋势一致。将原始水位观测资料和剔除气压干扰的水位观测资料进行潮汐调和分析后得到的潮汐因子进行对比可以发现，两组潮汐因子之间相关性和一致性较好(参见图5 )。

图5 维尼迪柯夫潮汐调和分析计算结果

图6 潮汐因子相位差变化

3 潮汐因子变化与地震事件的关联分析

在2014年4月20日霍山M4.3地震和2015年阜阳M4.3地震前，女山井水位原始整点值M2波潮汐因子出现不同程度的低值异常。2013年12月，即霍山地震前4个月，女山井M2波潮汐因子出现高值，并持续下降，在低值时发震。2014年10月，即阜阳地震前6个月，女山井M2波潮汐因子出现高值，并持续下降，在低值时发震。安庆M4.8级地震和高邮M4.9级地震前，水位原始整点值M2波相位和剔除气压干扰后的水位M2波相位变化幅度都很小(参见图6)。

经过分析认为：(1)女山井无论从原始水位获取的潮汐因子还是剔除气压干扰后获取的潮汐因子，其变化形态都非常相似，对于本区域缺少气压等辅助观测设备的井点计算潮汐因子具有一定的参考意义。(2)女山井水位在部分地震前有明显的异常表现，显示出一定程度的映震能力。(3)女山井潮汐因子在区域中强震前的异常变化也具有一致性，潮汐因子异常出现在上述中强震前4-6个月，表现为潮汐因子先出现上升异常，之后下降并发震。

[1] 国家地震局科技监测司.地震地下水手册[M].北京:地震出版社,1995:302-305.

[2] 鱼金子,谷园珠,殷世林．三口井水位的气压系数变化及其与地震关系初探[J].地震，1990(3):25-32．

[3] 史凯．苏15井数字化水位特征分析[J].内陆地震，2014,28(4):360-365.

[4] 王玥琪，杨立明.维尼迪科夫调和分析对大甸子井水位潮汐因子和相位的气象影响研究[J].地震工程学报，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，工程师，主要从事地震监测预报及研究.

本文得到安徽省地震局科研合同制课题项目(201642)资助.

P315.723

B

1001-8115(2017)02-0015-04

10.13716/j.cnki.1001-8115.2017.02.004