霍擁軍，張 梅，高 娟

（山西臨汾市地震局，山西 臨汾 041000）

0 引言

地下流體觀測(cè)是地震前兆觀測(cè)的重要組成部分，地下水位觀測(cè)在地震短臨預(yù)報(bào)中起著非常重要的作用。臨汾地震觀測(cè)站于2014年9月安裝了一套ZKGD3000—N型地下流體監(jiān)測(cè)設(shè)備，與2000年10月安裝的LN—3型數(shù)字化水位儀并行觀測(cè)。為保證觀測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性，對(duì)兩套儀器同一時(shí)段的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

1 觀測(cè)臺(tái)站及儀器概況

1.1 觀測(cè)站概況

臨汾井建于臨汾地震觀測(cè)站內(nèi)，觀測(cè)站位于臨汾盆地中部的臨汾凹陷，是多組活動(dòng)斷裂復(fù)合交匯的部位，北北東向赤峪斷裂縱穿臨汾市區(qū)，北東東向淹底—臨汾斷裂在市區(qū)南部與之交匯，臨汾一帶為盆地內(nèi)地殼沉降幅度最大的地段，第四紀(jì)厚度500米以上。

該井處在汾河?xùn)|岸二級(jí)階地上，成井于1984年，井深600.37m，觀測(cè)層為上新統(tǒng)頂部中砂層，主要受西部山區(qū)地下水和汾河上游補(bǔ)給，并向汾河下游排泄。

1.2 儀器概況

此井為地震專用井，于1985年1月開始正式觀測(cè)，先后使用SW40－1型水位自記儀、SW－3型和SW－5型水位觀測(cè)儀等觀測(cè)設(shè)備。2000年10月，安裝了1臺(tái)LN—3型數(shù)字式水位儀進(jìn)行水位觀測(cè)，同時(shí)還安裝國(guó)家地殼應(yīng)力研究所生產(chǎn)的SEW—1A型數(shù)字式溫度計(jì)，探頭下到井下320m處。

2014年5月以來(lái)，多次出現(xiàn)水位異常變化，根據(jù)分析，該變化與觀測(cè)室溫度的變化似乎有某種關(guān)系。為探究觀測(cè)數(shù)據(jù)的這種變化是否反映真實(shí)的水位變化，于2014年9月11日，在該井孔中又安裝一套中科光大自動(dòng)化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的ZKGD3000—N型地下流體觀測(cè)設(shè)備，兩套設(shè)備開始并行觀測(cè)。

2 臨汾井水位動(dòng)態(tài)分析

2.1 年動(dòng)態(tài)特征

臨汾井自1985年觀測(cè)以來(lái)，水位一直表現(xiàn)為緩慢下降，符合臨汾地下水下降速率。因臨汾市地下水開采范圍內(nèi)有一中層降水漏斗，范圍很大，臨汾井自觀測(cè)以來(lái)累計(jì)下降29m之多，每年平均下降1.2m左右。為保障觀測(cè)井與觀測(cè)層有較好的水力聯(lián)系，2004年8月對(duì)臨汾井進(jìn)行全面清洗。經(jīng)過(guò)清洗深井，水位上升3米多。從多年的觀測(cè)看，此井觀測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)、可靠（見圖1）。

圖1 臨汾觀測(cè)站井水位日均值Fig.1 Daily mean value of well water level at Linfen observation station

2.2 映震效果

臨汾井水位自1985年觀測(cè)以來(lái)，共出現(xiàn)2次地震前兆異常，具體情況如下：

（1）井水位在趨勢(shì)下降的背景下，于2001年12月20日至2002年4月5日累計(jì)上升300多毫米，之后恢復(fù)趨勢(shì)下降，在異常結(jié)束后4個(gè)多月發(fā)生2002年9月2日太原郝莊5.0級(jí)地震（見圖2）。

圖2 臨汾觀測(cè)站井水位日均值（2001－10—2002－05）Fig.2 Daily mean value of well water level at Linfen observation station（October 2001to May 2002）

（2）2003年11月21日至23日，臨汾井水位出現(xiàn)突降突升，20日至21日突降183mm，22日至23日突升200mm。在落實(shí)異常過(guò)程中，發(fā)生山西洪洞甘亭5.0級(jí)地震（見圖3）。

圖3 臨汾觀測(cè)站井水位日均值（2003－09—2004－01）Fig.3 Daily mean value of well water level at Linfen observation station（September 2003to January 2004）

3 觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

2014年9月11日，在井孔內(nèi)安裝ZKGD3000—N型地下流體觀測(cè)設(shè)備。在儀器安裝過(guò)程中，破壞了觀測(cè)井原有的水位動(dòng)態(tài)特征，需要恢復(fù)到正常動(dòng)態(tài)。根據(jù)觀測(cè)實(shí)際，選取2014年10月1日至2015年3月31日的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3.1 氣壓對(duì)比分析

氣壓對(duì)地下水影響有普遍性［1－2］，臨汾井水位受氣壓影響明顯，且滯后于氣壓變化約1.5小時(shí)。從2014年10月至2015年3月水位、氣壓對(duì)比數(shù)據(jù)看出，新、舊數(shù)據(jù)與氣壓都有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，即氣壓上升時(shí)，水位下降，反之，水位上升（見圖4、圖5）。

從新、舊設(shè)備的氣壓系數(shù)和相關(guān)系數(shù)對(duì)比分析看出，新設(shè)備的相關(guān)系數(shù)比舊設(shè)備的略小，氣壓系數(shù)相當(dāng)（見表1）。

以2014年10月為例，對(duì)新、舊儀器觀測(cè)數(shù)據(jù)做去除潮汐分析，發(fā)現(xiàn)兩套儀器的觀測(cè)曲線在去除潮汐變化后的形態(tài)基本一致，且與氣壓有較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系（見圖6）。

圖4 LN—3型水位儀水位、氣壓對(duì)比曲線Fig.4 Contrast between water level and pressure of LN－3water level meter

圖5 ZKGD3000—N設(shè)備水位、氣壓對(duì)比曲線Fig.5 Contrast between water level and pressure of ZKGD3000－N equipment

表1 臨汾井新、舊設(shè)備氣壓系數(shù)對(duì)比表Table 1 Comparison of pressure coefficient of new and old equipment in Linfen Well

3.2 潮汐對(duì)比分析

從新、舊儀器2014年10月至2015年3月的逐月M2波潮汐因子分析可以看出，舊設(shè)備記錄到的潮汐因子略大于新設(shè)備，但新設(shè)備中誤差要低于舊設(shè)備的（見表2）。

為分析新舊儀器觀測(cè)數(shù)據(jù)受潮汐變化的影響，以2014年10月為例，分別對(duì)兩種觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行去除氣壓干擾的分析，其結(jié)果如第15頁(yè)圖7所示。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，新舊儀器觀測(cè)曲線與理論固體潮曲線的大潮、小潮期基本吻合，且呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。新儀器比舊儀器的潮汐變化幅度稍大，曲線較為光滑，與理論固體潮曲線更相近。

圖6 兩套儀器觀測(cè)數(shù)據(jù)去除理論固體潮影響的曲線與氣壓曲線Fig.6 Observation data after removal of theoretical solid tide and pressure of two sets of instruments

表2 臨汾井新、舊設(shè)備M2波潮汐因子對(duì)比表Table 2 Comparison of tidal factor of M2wave of new and old equipment in Linfen Well

圖7 兩套儀器觀測(cè)數(shù)據(jù)去除氣壓影響的曲線與理論固體潮曲線Fig.7 Observation data after removal of pressure and theoretical solid tide of two sets of instruments

3.3 水位變化不一致的對(duì)比分析

從以上分析看出，兩套設(shè)備觀測(cè)數(shù)據(jù)變化形態(tài)基本一致，但也存在不同之處，下面對(duì)其進(jìn)行分析。

（1）舊設(shè)備受觀測(cè)室溫度影響。

2014年10月2日至3日的分鐘值曲線可看出（見圖8），10月2日08：16舊儀器的觀測(cè)數(shù)據(jù)突然下降，且變化幅度較大，新儀器觀測(cè)數(shù)據(jù)平緩；10：47之后，兩套儀器的觀測(cè)數(shù)據(jù)又表現(xiàn)一致。10月3日又出現(xiàn)同樣的變化：7：42舊儀器的觀測(cè)數(shù)據(jù)突然下降，且變化幅度較大，新儀器觀測(cè)數(shù)據(jù)平緩；09：41之后，兩套儀器的觀測(cè)數(shù)據(jù)又表現(xiàn)一致。經(jīng)檢查，并與當(dāng)日值班人員核實(shí)，10月2日8：15左右和10月3日7：45左右，觀測(cè)員將觀測(cè)室窗戶打開通風(fēng)，因溫度變化引起了水位觀測(cè)值的變化，兩者的關(guān)系如圖9所示。經(jīng)與儀器維護(hù)人員溝通，認(rèn)為可能是數(shù)據(jù)采集器的溫控元件出現(xiàn)故障。

由此說(shuō)明，新儀器在穩(wěn)定性上要優(yōu)于舊儀器。

圖8 2014年10月2日至3日兩套儀器分鐘值觀測(cè)曲線Fig.8 Minute point value of two sets of instruments from October 2，2014to October 3，2014

圖9 舊儀器水位、觀測(cè)室溫度分鐘值觀測(cè)曲線Fig.9 Minute point value of water level and temperature of observation room of the old instrument

（2）新儀器觀測(cè)曲線較舊儀器光滑。

從2014年10月25日分鐘值數(shù)據(jù)曲線看，新儀器觀測(cè)曲線光滑，而舊儀器有毛刺，且出現(xiàn)臺(tái)階樣變化（見圖10）。

圖10 2014年10月25日兩套儀器水位分鐘值對(duì)比觀測(cè)曲線Fig.10 Minute point value of water level of two sets of instruments on October 25，2014

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

通過(guò)對(duì)兩套儀器2014年10月1日至2015年3月31日觀測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析看出，觀測(cè)曲線較為一致，都基本真實(shí)地反映水位的變化。從去除氣壓影響后的觀測(cè)曲線來(lái)看，新儀器記錄曲線毛刺較少，且與理論固體潮變化更為接近。舊儀器水位觀測(cè)值易受觀測(cè)室溫度變化的影響，抗干擾能力和穩(wěn)定性要弱于新儀器。

4.2 建議

臨汾觀測(cè)站井水位觀測(cè)近30年，特別是從2000年“九五”數(shù)字化改造以來(lái)，在日常觀測(cè)中遇到過(guò)一些問(wèn)題，如何提高觀測(cè)質(zhì)量，為地震預(yù)報(bào)提供更為準(zhǔn)確的觀測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合觀測(cè)實(shí)際提出以下兩點(diǎn)建議。

（1）建議配備備用設(shè)備。當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化時(shí)，有的無(wú)法及時(shí)找到原因，如果有兩套儀器同時(shí)觀測(cè)，就可以在第一時(shí)間排除儀器出現(xiàn)故障所致的數(shù)據(jù)變化。

（2）建議加強(qiáng)對(duì)基層觀測(cè)人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)。基層觀測(cè)人員大多缺乏專業(yè)知識(shí)，主要依靠經(jīng)驗(yàn)，在遇到數(shù)據(jù)變化及儀器出現(xiàn)故障時(shí)，無(wú)法快速找出原因并解決，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的連續(xù)性、完整性造成影響。

［1］汪成民，車用太.地下水微動(dòng)態(tài)研究［M］.北京：地震出版社，1988：27－34.

［2］董守玉，賈化周，萬(wàn)迪堃，等.井水位氣壓系數(shù)的探討［J］.地震研究，1987（1）：63－70.