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福州闽侯地震台水位观测数据异常研究

2020-10-27 340 上传者：管理员

摘要：在处理前兆数据跟踪分析工作中，发现2017年12月份福州闽侯地震台水位观测数据多次出现斜线下降和急速上升异常现象。台站观测人员为落实跟踪分析中的水位数据异常，进行对观测仪器系统、供电系统、气象、周边环境等因素进行了排查、异常分析和总结。结论为水位资料异常并非地震前兆异常，而是旁边鱼塘长时间大量抽取地下水，水位多次斜线下降与鱼塘抽水的时间基本上相一致。

关键词：
天气学
异常排查
异常落实
水位异常
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地震地下流体前兆是指与地震孕肓、发生或构造活动有直接联系的，赋存于地壳岩体空隙中的水、气、油等物质。目前大陆地下流体前兆和物理力学机制，主要是基于强震孕肓的动力学原理，即在区域应力作用下，地壳介质受到力的作用而发生变形破坏时，赋存于介质中的流体在动力作用、热力作用和化学作用下灵敏响应介质的动态变化。在处理前兆数据跟踪分析工作中，前兆观测数据资料出现的异常有很多原因，有可能是真正的地震前兆的信息，也有可能是观测仪器、环境干扰、人为干扰的影响，所以在对前兆观测资料出现异常时，如何对有异常资料进行识别分析和处理很重要[1,2]。

1、台站概况

观测井概况:

闽侯旗山井位于南屿镇五都村小学北面，台址位于福建省闽侯县南屿镇五都村。闽侯旗山井建于2003年9月，该井地处南屿镇五都村属于福州盆地西部边缘，地势平坦，上部地层由第四系全新统淤泥、上更新统卵石及更新统残积土组成；根据区域地质资料，场地基岩为侏罗系南园组凝灰熔岩，距场地约50米的五都北面山体--旗山支脉为燕山期花岗岩，该村西部有一北北东向断裂通过。海拔高程10m，井孔含水层为侏罗系强风化-微风化角砾凝灰熔岩，井孔柱状图（见图1）。

图1闽侯旗山井井孔柱状

2、水位异常变化

闽侯旗山井水位观测值日变化固体潮特征明显,日变幅度在0.012m左右（图2）。而2017年12月1-3日、9-12日、23-27日，日变无固体潮特征，整个曲线形态呈斜线下降变化，最大变化幅度达0.45m（图3）。5-8日、14-17日、29-31日水位测值呈斜线上升变化。此次水位观测曲线出现斜线下降和上升的变化是否为地震前兆异常，台站工作人员及时进行异常排查和落实相关的工作。

3、异常排查

3.1观测系统工作环境和工作状态检查

供电系统参数检查过程该井仪器供电是由交流电源经过蓄电池，转换为直流电，直流电压12-13V(10.5～15V条件下正常工作），通过对闽侯旗山观测井的仪器设备进行检查，仪器设备电源、电压运行正常，未发现异常现象[4,5]。2017年12月27日水位现场校测，校测结果：σ1=0.0006m,|△H'|=0.0238m,△H=0.0317m,σ1<0.005m，|△H'|<△H，校测结果符合学科要求。可以排除观测系统和工作状态因素。

3.2气象因素

2017年12月份的闽侯旗山井观测的雨量资料数据，降雨总量14.6mm（见图4）。根据观测的降雨数据分析，降雨情况比较正常。12月份的水位多次斜线下降，应不是因季节性的干旱引起水位下降，故可以排除气象因素。

3.3周边环境情况调查

图2闽侯旗山井2017年1月9日份水位分值

图3闽侯旗山井12月份水位分值

图4闽侯旗山井12月份静水位和降雨量分值

台站观测人员向旗山井附近走访群众调查，周边近期没有基建或工程施工，并且村民家家均通自来水，未听说附近村民有打水井的情况。村民介绍附近有一个处养鱼塘，台站工作人员前往鱼塘并向养鱼塘工作人员了解情况，该鱼塘距离闽侯旗山观测井大约210m处，鱼塘占地面积大约20亩，鱼塘以前打过2口机井，一口井深20米，另一口井深50米左右。一方面根据地理位置分析，鱼塘二口井处在流体观测井下游，另一方面井深50米左右的井，可能与观测井处同一含水带，根据连通管原理，该井抽水会对观测井造成影响，此怀疑其为干扰源。闽侯旗山井地下流体观测井和鱼塘抽水井位置(图5)。

4、异常分析

4.1气压干扰分析

短时气压的急剧变化可能对数字水位仪观测资料造成影响，具体体现在，气压日均值绝对变化量高于某个数值后引起水位值的突升或突降（邱永平，2011），在以往观测中不乏此类现象。车用太等（1985）提出：“承压井水位对大气压力的响应，是由于大气压力大于含水层中水的孔隙压力增（减）量，井含水层系统为达到力平衡而引起消失互相渗流，从而引起观测井孔中水位的动态改变”。相关研究也表明，在静水位观测井中，气压效应比较明显，表现为气压增大时，井孔水位下降；气压减小时，井孔水位上涨，即水位变化与气压变化之间呈负相关关系。从图6上可以看出2017年12月份的闽侯旗山井的出现多时段水位突降，而同时段的气压属动态正常变化,未出现突增或突降变化，也没有明显的持续增大的变化。所以可以排除气压干扰影响。

4.2观测数据对比分析

2017年12月份闽侯旗山井静水位出现多个时段斜线下降的异常变化，为了进一步落实异常，分析同井其它测项同时段是否也存异常变化。对同井同时段深层水温测项（传感器投放深度为85m）和静水位观测项观测值进行对分析，从图7中可以看出深层水温12月份动态变化正常未发现异常现象。

4.3鱼塘抽水时间分析

为了进一步确认旁边鱼塘抽水的具体情况，台站工作跟鱼塘人员进行核实抽水时间情况，后他们承认12月份因生产需要，2017年12月1-3日、9-12日、23-27日，二口水井都有进行多个时段长时间进行抽水，而且每次抽水时间都比较长。通过详细了解核对，鱼塘抽水的时间和频率与闽侯旗山井水位测值下降时间段基本相吻合。

5、结论

通过对闽侯旗山井水位观测资料异常的排查和落实，资料异常并非地震前兆异常[6,7,8]，而是旁边鱼塘长时间大量抽取地下水，引起观测井水位测值斜线下降，2017年12月份水位多次斜线下降与鱼塘抽水的时间基本上相一致。虽然这次的异常资料的原因是查找到了，但是值得我们思考，如何能够更好的保护好我们地震台站观测井的周边环境，应加强地震观测井周边环境的排查,发现问题积极沟通处理。保证地震仪器观测资料的连续性和准确性,为今后地震事业的资料分析、研究及预测提供可靠保障。

图5闽侯旗山井与鱼塘抽水井位置卫星地图

图6闽侯旗山井静水位和气压分值

图7闽侯旗山井静水位和深层水温分值对比

参考文献：

[1]国家地震局编制.地震水文地球化学观测技术规范[M].北京:地震出版社,1985.

[2]车用太,孔令昌,陈华静等.地下流体数字化观测技术[M].北京:地震出版社,2002.

[3]中国地震局地壳应力研究所,2011,SWY-2型数字式水位仪使用说明书.

[4]中国地震局监测预报司编著.地震前兆异常落实工作指南[M].北京:地震出版社,2000.

[5]地震地下流体观测技术[M].北京：地震出版社,1994.

[6]中国地震局监测预报司,2007,地震地下流体理论基础与观测技术[M].北京:地震出版社,2007:186-187.

[7]中国地震局编著,2014,地震水文地球化学观测技术范[M].北京:地震出版社,2014.12ISBN978-7-5028-4500-1.

[8]华南地震,2015.VoL.35,NO.2,宝坻新台井水位对地下水开采的响应特征及机理探讨.