■王賀生 王倩 韓小賓

（河北省地震局秦皇島中心臺(tái)河北秦皇島066100）

地下水位變化與地震活動(dòng)關(guān)系研究

■王賀生 王倩 韓小賓

（河北省地震局秦皇島中心臺(tái)河北秦皇島066100）

本文主要以降水對(duì)地下水位變化的影響和地下水位產(chǎn)生變化同地震災(zāi)害之間的關(guān)系為立足點(diǎn)，提出了一種以回歸思想為基礎(chǔ)，通過(guò)觀測(cè)地下水位變化數(shù)據(jù)來(lái)消除降水影響力的方法。此外，再將方法進(jìn)行加工處理，同時(shí)引入了局部變化速率這一概念，對(duì)地下水位變化的趨勢(shì)進(jìn)行細(xì)致的描述，從而就地下水位變化同地震活動(dòng)之間的關(guān)系進(jìn)行研究討論。

地下水位變化地震活動(dòng)關(guān)系研究

眾所周知，地震災(zāi)害在發(fā)生之前，往往會(huì)出現(xiàn)一些異常的自然變化情況，例如地磁、地下水位、地溫和地電的變化等。并且，由于這些變化數(shù)據(jù)都可以通過(guò)儀器觀測(cè)來(lái)進(jìn)行有效的記錄，所以相關(guān)部門通過(guò)分析這些數(shù)據(jù)就能夠做出準(zhǔn)確率較高的地震預(yù)測(cè)。此外，為了能對(duì)這些數(shù)據(jù)做出更加有效的利用，相關(guān)人員在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的過(guò)程中還需要盡可能排除一切的影響因素。

1　地下水動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的處理方法和影響因素

1.1地下水的動(dòng)態(tài)影響因素

就目前來(lái)看，地下水的動(dòng)態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)主要是由含水層、儀器和井口這三部分構(gòu)成的接收系統(tǒng)，其在工作過(guò)程中接受到的工作各類型綜合因素所體現(xiàn)出來(lái)的。因此，影響地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的主要因素除了儀器設(shè)備本身在工作過(guò)程中出現(xiàn)的誤差之外，還有干旱、氣壓變化、工農(nóng)業(yè)用水、地殼構(gòu)造活動(dòng)和固體抄襲等因素的影響。從類型上來(lái)看，這些影響因素可以被分為宏觀和微觀兩種類型，前者主要包括了注水、降水、開采和灌溉等造成的含水層水量減少；后者指的是氣壓、機(jī)械振動(dòng)、鄰層抽水和固體潮等造成的含水層應(yīng)力應(yīng)變環(huán)變化。

1.2地下水動(dòng)態(tài)影響因素的數(shù)據(jù)處理方法

宏觀影響因素，數(shù)據(jù)處理方法，可通過(guò)水文地質(zhì)學(xué)，水位均衡理論,對(duì)于地下水補(bǔ)給量、排泄量、開采量進(jìn)行計(jì)算；通過(guò)趨勢(shì)推演法，對(duì)于其地下水位的補(bǔ)給和開采情況進(jìn)行推測(cè)；可通過(guò)水動(dòng)力方法，對(duì)于其井群抽水量、涌水量進(jìn)行計(jì)算分析,在分析的過(guò)程中，也要注意針對(duì)于影響因素，相位滯后問(wèn)題的考慮。其中微觀影響因素的處理方法，包括單道、多道數(shù)字濾波方式，可以根據(jù)時(shí)間域,即時(shí)間年月日的不同，對(duì)于地下水時(shí)間序列中，氣壓、固體潮、降水因素進(jìn)行分析；通過(guò)調(diào)和分析方法，對(duì)于其水位固體潮的潮汐因子、相位差進(jìn)行分析；通過(guò)頻譜分析法的應(yīng)用，對(duì)于其地下水位、固體潮，氣壓因素頻率關(guān)系進(jìn)行對(duì)比分析。同時(shí)也有很多的專家、學(xué)者數(shù)學(xué)模型方法的應(yīng)用，對(duì)于其處理地下水影響因素的效果參考文獻(xiàn)進(jìn)行分析，從而更好的研究出地下水，在封閉條件下，對(duì)氣壓荷載、固體潮的靜態(tài)響應(yīng)，通過(guò)研究認(rèn)為,固體潮的靜態(tài)響應(yīng)，與氣壓響應(yīng)有一定的關(guān)系,對(duì)于井孔環(huán)境壓縮性、孔隙環(huán)境的確定，奠定良好的基礎(chǔ)。Rojstaczer、Ag-new[21]，通過(guò)孔隙介質(zhì)彈性理論的應(yīng)用，對(duì)于其含水層封閉，應(yīng)用性比較優(yōu)質(zhì)的井孔，對(duì)于氣壓、潮汐的響應(yīng)進(jìn)行有效的研究，并將其了壓縮率、孔隙度進(jìn)行了有效的計(jì)算,然后采用該種方法，針對(duì)于美國(guó)帕克菲爾德地震試驗(yàn)場(chǎng)的5口水井，進(jìn)行了氣壓、固體潮響應(yīng)，進(jìn)行了有效的評(píng)估概述。

2　地下水位的變化速率與地震的關(guān)系

2.1地下水位的局部變化速率

地下水位異常，實(shí)際上是指水位出現(xiàn)不正常的上升或下降，且這種變化能夠使用地下水位隨著時(shí)間的變化而產(chǎn)生的速率來(lái)實(shí)現(xiàn)描述；地下水位在時(shí)間t之上的變化速率能夠采用時(shí)間序列Z之上的某個(gè)時(shí)刻t，在其之前的m個(gè)觀測(cè)數(shù)據(jù)與時(shí)間的關(guān)系而繪制出的直線回歸中的斜率來(lái)予以表示。令

則有得到如下所示的模型:

在模式中的1所代表的是是全部分量為1的m維列向量，e(t)指的是m維列向量,其所代表的是近似誤差,at和bt則代表待估的參數(shù),bt表示的是地下水位在時(shí)刻t之上的變化速率,at表示的是直線Z=at+btt圖像在縱軸之上的截距；由此可以看出，bt和t對(duì)at具有決定性的作用,因此不需要對(duì)新的信息進(jìn)行研究，只需要對(duì)序列bt中所包含的地震的信息進(jìn)行研究即可，相對(duì)應(yīng)的都存在一個(gè)bt,因此bt同樣也是一個(gè)時(shí)間序列。當(dāng)m取不同的數(shù)值的時(shí)候，序列bt也會(huì)隨之出現(xiàn)不同:當(dāng)m大時(shí),bt的變化趨勢(shì)較??；當(dāng)m小時(shí),bt的變化程度則會(huì)變大，因此將m稱之為是滑動(dòng)平均窗寬,簡(jiǎn)稱為窗寬，其所代表的是地下水位的m窗寬平均變化速率,簡(jiǎn)稱為地下水位平均變化速率,也被稱之為地下水位變化速率,簡(jiǎn)記為b；而Mb(m)則代表地震發(fā)生當(dāng)天之中的全部b值的集合,稱之為地震水位的m窗寬平均變化速率,簡(jiǎn)稱為地震水位平均變化速率,或者是地震水位變化速率,簡(jiǎn)記為Mb。

2.2地震與地下水位變化速率

在地下水位平均變化速率序列b和地震的對(duì)應(yīng)圖像中，其中的實(shí)線所代表的是b與時(shí)間之間的變化情況，為地震發(fā)生當(dāng)天所對(duì)應(yīng)的b值，也就是Mb。接下來(lái)對(duì)在地震發(fā)生過(guò)程中Mb的分布情況進(jìn)行分析，并使用M來(lái)表示地震發(fā)生的事件，如下圖所示，

其中的P所代表的是在已知有地震發(fā)生的條件下，地下水位變化速率的分布情況,其頻率為

在這個(gè)公式當(dāng)中，給出了P的頻率分布直方圖，從中可以較為直觀的發(fā)現(xiàn),約有53.85%的地震在發(fā)震前期均出現(xiàn)了地下水位下降的情況,但是也有46.15%的地震在發(fā)震前期出現(xiàn)了地下水位上升的情況,且在地下水位速率位于區(qū)域之內(nèi)為地震的多發(fā)區(qū),因此也就說(shuō)明在平均地下水位變化比較平緩的時(shí)候是地震的多發(fā)期。

3　總結(jié)

地下水會(huì)受到多種因素的影響，對(duì)宏觀水量變化的影響可以使用水量均衡法，其中影響微觀動(dòng)態(tài)的因素主要八廓了降雨、固體潮和氣壓等，對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的方法則可以選擇數(shù)字濾波、頻譜分析、回歸分析和調(diào)和分析等，為了避免干擾因素對(duì)結(jié)果產(chǎn)生的不利影響，因此要對(duì)數(shù)據(jù)處理模型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，從而保證地下水位變化與地震活動(dòng)之間關(guān)系的客觀性和科學(xué)性。

[1]劉瑞國(guó),王文.地下水位變化與降水的關(guān)系分析 [J].地下水.2009(05)

[2]汪恩福,馬吉福,李萬(wàn)花.地下水位變化對(duì)地質(zhì)環(huán)境容量的影響 [J].青海環(huán)境.2007 (02)

[3]李勇,馬麗,強(qiáng)祖基.溫度異常與地震 [J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版).2011 (04)

[4]劉五洲,孫君秀.地下水在地震前兆應(yīng)力場(chǎng)演化過(guò)程中的作用 [J].地震.2013(04)

P315[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-7-442-1