2017, Vol. 32
岩体在地应力作用下，在应力应变逐渐积累、增强的过程中，会引起震源及附近物质发生变化，例如地震活动性和地表的变形，地磁、地电、重力等地球物理异常，地下水位、水化学和动物的异常行为等.概括性的将这些与地震孕育、发生有关联的异常变化现象称为地震前兆(也称地震异常).它包括地震微观异常和地震宏观异常两大类.针对这些现象发展了一些地震预测方法，包括地应力法、钻孔应变观测法、GPS法、固体潮法、电磁法等(赵永红等, 2014a, b, 2015, 2016).
在过去的50年，很多国内外学者用地下水进行了地震预测研究.观测方面有1964年Alaska 8.4级地震(Waller, 1966)、1998年张北MS 6.2级地震、2003年Tokachi-oki 8.0级地震(Sato et al., 2004)等.1975年海城MS 7.2级地震的成功预报的一个重要依据也是地下水位的异常(朱凤鸣和吴戈，1982).我国从1966年邢台地震后开展了地震地下流体的监测工作，先后建立了地下水水位动态、水文地球化学动态、地热动态三个前兆观测台网，并建立了若干断层气试验网点，初步形成了地震地下流体监测体系.包括含260个台的水位台网，含330个台的水化台网，含44个台的地热台网和含10个台的断层气观测网.地震地下流体观测内容包括：地下流体的物理动态、地下流体的化学动态、地热动态、断层土壤气动态及油气井动态观测等.地下流体化学动态观测(34项)有氡及辅助观测、气体观测、水质观测等.地热观测项目观测有深井温度、深井温度梯度、浅层地温、泉水温度、大气地表温度.断层气观测项目有Hg, Rn, He等.油气井动态观测项目有产油量、气流量、含水量、油气比、关井压力、井口套压、井口流压、地层压力(王铁城等, 1994).其中高精度的井水位可以采用水压传感器进行动态观测，并达到1 mm的精度，水温可以达到1×10-4摄氏度的精度(鱼金子等，1998).贾化周和秦清娟(1996)研究了大量的震例，表明地下流体异常空间上具有广泛性、不均匀性，时间演化上具有阶段性、同步性.
机制和观测相结合的定量研究主要有利用井水位对地下应力的反演和井水位异常的正演模型，以及利用固体潮等效应对地下应力进行的反演.Bredehoeft(1967)提出用井-含水层系统水位对潮汐的响应计算孔隙度和储水系数等含水层参数.Bodvarsson(1970)指出通达深部含水层的井可以看成一个天然的应力计，通过固体潮体应变效应反演应力场变化特征，把井水位的变化量化为地下应力场的变化.Rhoads和Robinson(1979)通过理论公式推导建立了潮汐频率和气压对水位的影响，并通过观测得到验证.Roeloffs(1996)考虑了井水位与含水层孔隙压力的差别和滞后.车用太等(2003)通过井水位固体潮和推导解析式得到含水层参数，并解释了相位滞后现象.尹京苑和赵利飞(2000)通过拟合实际观测井水位变化得到了观测井附近含水层内平均应力变化率.正演地下流体地震预兆的模型包括单井响应的研究，高维安等(1991)考虑地质条件，针对单井的映震灵敏度的应力条件进行了数值研究.刘五洲和孙君秀(2000)考虑整个地震前兆应力场的演化过程，用应力场和渗流场的耦合场进行的三维数值模拟计算，对比了干模型和湿模型的结果，得出了流体对前兆应力场时空演化的影响.张慧和梁子彬(2000)通过数值模拟研究了不同孕震阶段孔隙压力的变化规律以及场兆和源兆的出现时间.
最近二十年，随着数据的增多，这方面的研究从单一井研究转向多点的空间综合解释.日本的地下水和地球化学预兆观测研究从异常现象的探测逐渐转向为对整个地震周期更好地理解.由于锁住区块下方缓慢的非地震滑移，在大地震之前会相应地发生震前滑移.他们研究了跟震前滑动有关的其他预兆，以评价能观测到井水位中异常现象的可能性，另一个新的方向是通过钻探研究处于不同地震周期中渗透率的变化，以更好地理解断层愈合等行为.他们还发展了从地下流体观测数据中提取微小波动的统计方法(Matsumoto and Koizumi, 2013).Xue等(2015)用固体潮方法研究了圣安德列斯断层附近水文地质参数的空间分布，得到断层带的局部区域有着比周围区域更高的储水系数和渗透率，这种现象可能与断层带的破裂分布有关.
地下流体映震能力在地震前兆观测手段中目前仍占有较大优势(王铁城等, 1994).统计表明1979-1987年的41次5级以上地震中，38次有水位异常，有预报的有15次，占40%，预报效果好的有7次，占20%.1969-1983年，发生17次6级以上地震，其中12次有水化学(Rn，Hg, H2, CO2，He等)的明显)异常，有预报的4次，占25%，有觉察的有7次，占41%.据地质所1991年统计，1-10月预报2次，依据土壤(Rn，Hg, H2, CO2，He等)做出无震预报的准确率为67%，做出有震预报的准确率为63%.地下流体地震预测方法主要处于观测阶段，该方法对某些地震有比较好的效果.对其机制、可行性和条件以及异常的量级的研究都处于探索阶段.把观测结果与地震的相关性分析与测震机制，尤其是定量计算结合在一起的研究还不是很充分.
1 地下流体作为地震前兆的机理地下流体是指赋存于地壳岩石孔隙内的水、气及油等具有流动性的物质.(王铁城等, 1994).流体的来源有地球演化过程中的残余流体，岩石成岩、变质、剪切加热造成的矿物脱水形成的沉积卤水，向地壳深部运移的地表水等.地下流体的存在状态多种多样，地壳和地幔中的水，上地壳浅部地区为大气降水渗入形成的循环系统，以自由态的水为主.此外，还有束缚态水(物理、化学吸附)，在地球深部，由于其高温高压环境，水处于超临界状态，具有一些特殊的性质.地下流体在岩石的原生裂隙和孔隙间通过渗流运移，通常的动力为孔隙压力、动水压力、热物质流动等(缪淼和朱守彪，2012).
由于地下流体能够流动，因此具有从地下深处(目前最深的井可以达到三千米以上)携带地壳活动信息的可能性，包括岩体的物理状态、介质的连通性等等.当地震孕育和发生时，如果具有一定的条件，地下流体会产生异常现象.并且，地下流体本身也参与地震孕育过程(蔡祖煌和石慧馨，1981).
岩石力学研究结果表明，在岩石的脆性断裂破坏和密集裂隙带滑移的过程中，可以看到岩石的体积膨胀，而膨胀是由不断发展的微破裂引起(Zhao et al., 1993, 1995; 赵永红等，1995)，裂隙发育引起渗透率增大(杨天鸿等，2004).如Mordecai和Morris(1970)在Darley Dale砂岩断裂试验中测得渗透率增加了20%.李世平等(1995)等进行了岩石渐进破裂的渗透率演化过程等渗流-损伤实验研究.车用太等(1989, 1995)研究了不同温压条件下和不同结构的岩石试件破坏过程中的孔隙压力的变化规律.
渗流-损伤耦合问题主要研究裂隙扩展、岩石损伤破坏过程中渗流的演化规律.地下流体对于地壳活动性的响应主要有流固耦合和介质连通性的改变两大机制.固体应力-渗流问题是由应力应变场和渗流场的耦合特性引起的.大地震的发生都伴随着大区域应力场的调整，区域应力场的变化会引起深部某些承压含水层应力应变的变化(王铁城等, 1994).具体的耦合效应是，随着孔隙骨架的体积发生变化，也就是孔隙被压实或拉伸.因为水相对地下岩石有不可压缩性和流动性，所以孔隙压力会发生变化，如果承压井含水层的封闭性比较好，就会把深部孔隙压力的变化传到地表，表现为井水位的涨落.地应力的增加产生压缩区和张性区，压缩区水位会逐渐抬升；张性区水位下降(车用太等，2000).
由孔隙弹性耦合方程可以估算，在不排水条件下，1 mm的水位变化可以由含水层约为4.9e-10的体应变引起.所以，如果含水层的封闭性比较好，具有较为敏感的几何形态，井水位对地下应力应变的响应是可以有足够高的灵敏度的.
Rice和Cleary(1976)等利用孔隙弹性(poroelasticity)模型，把弹性力学场和渗流场完全耦合.该模型假设岩体为充满饱和水的多孔介质，当岩石变形时，产生的体应变会对渗流场造成影响，而渗流场的水头梯度则作为体力直接作用在应力-应变场上.方程为
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(1) 式为固体力学方程，(2) 式为渗流方程.u为孔隙介质的位移矢量，σ为应力张量，p是渗流场中的孔隙压力，∇p是孔隙度，ρ为流体密度，S为储水系数，evol表示体积应变，U是渗流场中的流速，αB为Biot-Willis耦合系数.κ为渗透率，μ为动力黏滞系数，D为高程.在多孔介质的渗流-应力耦合方面，Biot(1941)提出了多孔介质孔隙弹性理论，Brace等(1968)对渗透性随有效应力的变化关系进行了研究.
Roeloffs(1988)认为可以把岩石看成孔隙弹性介质研究承压水井水位对应力的响应.孕震体内普遍存在流体，并且流体本身参与孕震过程.现有的假说有扩容和裂隙串通模型(Nur, 1972; Whitcomb et al., 1973)、中地壳硬夹层孕震与流体促震假设(车用太等，2000)、水诱发异常机理(王吉易等，2002)、“双力源”前兆(陆明勇, 2006)等.震源体附近的流体能反映震源体附近应力场的机理，可以总结为渗流-损伤理论，即由于震源体的应力积累达到岩石的屈服强度后，会进入微破裂-膨胀(扩容)阶段(李民，2007)，这时震源体产生非弹性变形，使裂隙增生、微破裂出现并串通.应力场改变还造成裂隙开闭，使孔隙介质的渗透性发生变化，并通过物质上的联系把深部的应力应变状态传到地表.由于近地表的干扰源的量级不足以产生如此大的扰动，可以分析是地下的变化产生的贡献.同位素浓度的变化现象说明原有供水平衡被打破，不同浓度的水源混溶比例发生改变，例如有大量微裂隙把两个同位素浓度不一样的水源贯通，会发生混溶而造成泉水中同位素的异常波动(赵永红等，2011)，裂隙如果穿透隔水层，有可能造成深层矿化水和气体上涌，产生喷气、翻花或变味、浑浊等现象.井水位会因为产生新的泄压条件发生井水位上升或下降(祝晔和李荣安，1983).此外，一些同位素，如水氡的释放量与孔隙度密切相关，岩石孔隙度变大会使岩石表面积增大，从而氡的射气系数提高，孔隙流体中的氡含量也随之升高(张慧和梁子彬，2000).李民(2007)指出在深部流体上涌而产生地震的地震孕育过程中，特别在中期扩容以后，震源体开始非弹性变形，裂隙增生、破裂产生，导致膨胀区内孔隙压力迅速降低，流体流向压力低的地方，使水位迅速降低；另外由于扩容区不断增大，当产生的裂缝到达下方的深部流体处时，深部流体处的相对高于扩容区上方和周围流体压力，因此深部物质侵入，孔隙压增大，水位升高，所以在岩体扩容和深部物质上涌的过程中，扩容区压力的变化经历了下降、回升过程.杨天鸿等(2001)研究了在Biot的孔隙弹性模型上增加了一个反映渗透系数和孔隙变化率关系的耦合方程，并结合原有的RFPA弹性损伤本构方程，引入渗透率突跳系数，开发出岩石破裂过程渗流-应力耦合分析系统，并对裂纹萌生、扩展过程中渗透率演化规律及渗流-应力耦合机制进行了模拟分析.
2 噪声去除与灵敏度研究井水位常见的干扰因素有大气降水、气压、固体潮等，对于每一种干扰因素，需要估计其量级，并根据其规律把重要因素排除，如果其量级太大，干扰因素的估算误差把地层活动信息淹没，则研究的意义不大.
由于每一口井的含水层具有不一样的结构，处于不一样的环境当中，对每一口井的干扰因素都需要有一道评估程序，分别进行量级上的评估，并对其放大信号的物理规律进行评价，确定是否可以提取出与地震相关的信息.例如对于降水干扰的处理.首先要结合井的深度估计降水的影响大小，进一步明确井水补给水源的具体位置，并用补给区的降雨资料对观测资料去噪.如果水源较近，渗流路径足够短，则易受到大气降雨的干扰，需要用模型和参数进行模拟计算或估算确定大气降水对观测资料影响的量级.此外，井所处地区的降雨将作为地表荷载间接地作用在含水层上，造成的干扰也要通过多年的资料估计后去除.
田竹君和谷圆珠(1985)认为以地震监测为目的的地下水水位观测工作有三个基本要求：第一、查清井孔所在部位的水文地质条件(水文地质单元，含水岩体结构构造，补给、径流、排泄条件等)；第二、水位资料需要长期的、连续的采样，并且采样率高；第三、长期、连续采样的同时观测与水位变化有密切联系的各影响因素(气温、气压、降雨、固体潮等)，并进行定量分析与排除.
2.1 基于数理统计的方法在物理过程不够清晰时，可以用拟合的方法得到数据随大气降水、气压、固体潮的变化.
首先在较短时间，如一个月内，对水位、气压等原始观测采用别尔采夫滤波法得出长趋势项，再从观测值中减去长趋势项，公式为(秦清娟等，1992)
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其中Yi为减去趋势项后的剩余值，Y′i为经别尔采夫滤波后的逐时值.Yi0为原始观测数据逐时值.
之后再对气压剩余值和固体潮理论值进行二元回归分析得到它们对井水位的影响，得到回归式的常数项a0、气压系数b1和固体潮系数b2，公式为
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余差：
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其中，Yi和X1i分别为减去趋势项后的水位、气压剩余值，X2i为固体潮理论值，
用长期的数据可以对气压和固体潮的影响进行改正，并得到水位标准差均值，如果超过平均值某一倍数，则可以作为与地层活动相关的异常点(秦清娟等，1992).
类似地，田竹君和谷圆珠(1985)提出用维纳滤波方法，即“根据已知一段时间的数据资料经过滤波处理后，用其输出数据序列预先估计未来的信号数值”，即选择资料连续、准确且较平静时段的水位、气压、固体潮等整点值作为输入序列，它与拟合得到的滤波算子的褶积为系统输出序列.这个方法可以判断所选取的影响因素是否是正确的、主要的.拟合差大于二倍拟合均方差的时段则看成异常段.
2.2 基于物理的方法张昭栋等(1986)根据弹性理论和地下流体动力学理论，建立了气压对承压含水层影响的偏微分方程，得出了水井水头与气压之间的关系为
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其中Hw为井水头，H为承压含水层压力水头，Pa为大气压力，单位为Pa，ρ为含水层内水密度，单位km/m3，n为含水层介质孔隙度，αV和β分别为含水层骨架垂直方向压缩系数和水的体压缩系数，单位为m2/N.
2.3 综合的方法对于气压、固体潮等物理关系比较清晰、规律性较强的干扰因素，可以基于物理给出相应的公式进行校正，剩下的因素，如降水对水位的影响是比较复杂的，规律较难掌握，可以用数学统计的方法.侯茂生(1984)在研究苏10井水位与应力应变关系时便先去除固体潮和气压的影响后，再用降雨量与井水位回归出降雨引起的水位变化公式.
2.4 井水位对应力应变响应的灵敏度灵敏度指的是1 mm井水位对应的含水层应力-应变大小.关于井水位对应力-应变灵敏度的响应，车用太等(2003)对位于内蒙古的丰镇井进行了较为详细的研究.得出井水位对各类应力应变响应的量级为表 1所示.
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表 1 井水位对各类地壳应力-应变扰动的响应灵敏度(车用太等，2003) Table 1 The responding sensitivity of water level to stress-strain changes(Che et al., 2003) |
其中潮汐效应由水位潮汐记录与重力固体潮理论值动态对比得出，地表水体的计算把一次洪水看成无限长、300 m宽、1.5 m深水体作用在地表，通过土力学中矩形荷载下地基附加垂直应力公式得到.列车荷载的作用在丰镇井上非常明显，反映在水位动态记录曲线上特点很鲜明，基本上是幅度为1~6 mm的脉冲记录，每个脉冲对应一列火车通过，列车通过后水位可恢复原始水平，也有少数列车没有响应，恢复过量或未恢复到原始水平.同样可以用土力学公式估算其引起的体应变.这些体应变估算值闭上测到的井水位变化量，就可以得到相应的敏感度.
水位灵敏度还跟井的孔径有关(车用太和鱼金子，1992)，水位观测段的直径每缩小10 mm，振荡信息的放大率提高15%.此外与井所处的水位地质结构有关，如当含水层很薄，封闭性很好时对应力场变化将有更灵敏的响应.此外，车用太和鱼金子(1992)提到油井压裂实验表明流量的反映较水压反映更加明显，流量可以达到流量基值的一倍以上.
岩石破坏的应变一般需要达到0.7%~0.8%(赵永红等，2015)，这样的应变发生在震源区域应力集中的部位.车用太的研究表明井水位对低频大面积作用力的响应灵敏度大，对高频局部作用力的响应灵敏度小.考虑衰减作用，井水位的灵敏度是否足以反映震源的孕育过程，还跟井的位置、震源深度和含水层深度等多方面的因素有关.需要结合实际进行分析.
3 与地下流体有关的地震预测方法实例分析 3.1 海城地震1975年7.3级海城地震的地下水异常前兆很丰富，并且有很强的规律.
从十二月份开始，地下流体有多种较为明显的异常现象，包括井水位的上升、下降、浑浊、翻花冒泡、变色、变味等、水面浮油花等(见表 2).1975年1月至2月，出现井喷自流和自流泉断流的异常，水氧记录曲线发生突跳(马钦忠，2014).
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表 2 海城7.3级地震宏观前兆异常统计表(祝晔和李荣安，1983) Table 2 statistics of the microscopic precursory anomalies shown by the Haicheng earthquake(M=7.3) |
时间上，越临近地震发生时间，地下水异常点越多.空间上(见图 1)，海城地震的地下水异常反应了应力集中的过程，一开始出现在多处集中区，最后逐渐向震源处集中(祝晔和李荣安, 1983).杨成双(1982)用回归分析得出地下水异常点向震中迁移的平均速度为每天2.3~3.3 km.
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图 1 海城地震前地下水异常点时空分布图(祝晔和李荣安，1983) 1.1874年11月9日-12月31日，105起; 2.1975年1月1日-1月15日，49起; 3.1975年1月16日-1月31日，119起; 4.1975年2月1日-2月4日，560起; 5.断裂. Figure 1 Temporal and spatial distribution of the underground water anomalies prior to the Haicheng earthquake |
从异常现象来看，井所在的含水层的应力变化很复杂，如图 2中所示文斌井(距离震中145 km)所反映的应力变化为先拉伸再挤压，再拉伸.而新农井(距离震中80 km)反映的应力变化为先拉伸、再挤压(祝晔和李荣安, 1983).
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图 2 地下水位日均值曲线图(杨成双，1982) Figure 2 Daily mean value of groundwater level |
汶川8级大地震发生于2008年5月12日，破坏性强，波及范围大.刘成龙(2012)研究了四川16口井的异常及其分布，见图 3.所研究的16口井井深介于100.53~4076 m之间，100~500 m的有8口，大于500 m的有7口，所在含水层都是裂隙承压水.异常井共有5口，他们的井震距为80~320 km，从观测井的位置分布图可以看出，这5口井的4口都处于离震中较近的位置.从时间上来看，这些异常有52个月的长期异常，也有17天以前才出现的短期异常.从变化形式来看，有上升型(受挤)也有下降型(受拉)(刘成龙，2012).井水位异常的量级与井深、井震距并没有直接关系.图 4蒲江川11井水位日志动态图，该井深1688.50 m，位于龙门山断裂带与熊坡断裂之间的大兴构造上.井水位异常下降的幅度为0.46 m.从图 4可以看出，该井井水位年变规律较为规则，且变化幅度与观测到的异常值相当.该变化是由降水在每年的不规律分布造成的.可见对于1500 m的井，降水对井水位的影响是很大的，这可能跟该井处于渗透率较高的砂岩裂隙含水层有关.
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图 3 四川省16口观测井和异常井分布图(刘成龙，2012) Figure 3 Distribution of 16 observation wells and anomalous wells in Sichuan Province |
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图 4 蒲江川11井水位日值动态(2003/01-2008/12)(刘成龙, 2012) Figure 4 Daily mean value of groundwater level for Pujiangchuan 11 Well(2003/01-2008/12) |
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图 5 位错模型计算得到的汶川地震引起的静应变变化量及同震井水位变化(单位：m)(Shi et al., 2015) Figure 5 Static strain change calculated from the dislocation model and co-seismic groundwater-level changes |
本文通过讨论地下水位地震前兆的理论、方法和实践，得出以下结论：
地下流体存在于岩石的孔隙-裂隙系统之中，在重力、热压力等作用力的驱动下发生相对稳定的渗流.当位于浅地表含水层的体应力发生变化时，会产生孔隙水压的变化，传到地表反映为井水位的变化.当孔隙-裂隙系统受到地壳运动的影响会在整个孕震区域发生裂隙的张开或闭合，大地震的孕育会伴随大范围区域的渗透率变化，这些裂隙张开与闭合一般要经过跨越多重地质构造的传导，才有可能会造成地表井水位和同位素含量等观测量的异常波动，如果裂隙系统变化的信息经过衰减传到地表后，表现出量级足够大的异常，能从众多噪声中提取出来，则可以把它们与地震孕育联系起来，这种量级一般也预示着较大震级的地下活动.通过对多个观测点异常时空演化规律的综合分析，可以作为地震短临预测的根据之一.
近地表地下流体的异常是可观测到的真实现象，这个异常存在的时间较短，说明引发它的因素是临时性的.能引发这样现象的物理量变化的级是比较高的，因此.如果异常的来源是地下，能引起这样大量级变化的只有地下孕震过程.而这一过程也更可能是较高震级的孕震信息，才更容易从背景噪声中提取出来.
流体系统就像一个天然的传感器系统，它的传感单元就是与它联通的浅地表含水层.地下震源处的临震变化信息，如应力集中、变形集中、裂纹扩展以及失稳等，在震源区域内造成应力应变场的变化，并伴随声发射、温度异常等一种或者多种现象，跨越一个或多个地质构造，经过衰减传递到浅表含水层，引起含水层发生变化，形成了翻花、喷气、异味、同位素浓度分布变化等等不同形式的异常现象.
其中，同位素的变化可以解释为具有同位素浓度梯度的含水层因为产生微裂隙或者应力调整造成孔隙度和渗透率发生变化，使得渗流场的原有平衡被暂时打破，产生不同浓度流体供给量上的变化导致混溶后的浓度发生变化.能导致这些可观察到的现象的量级是比较高的，可以排除地表干扰源的作用.井水异味、喷气等可以解释为浅表含水层内不同来源的流体，以异味气体的形式冒出，说明其原有来源平衡发生变化，达到可以观察出来的程度；翻花有可能是供水来源产生变化，或有额外来源的热水供给，并且量级达到可以观察出来的程度，或者受到地下突增的热能等能量的影响，水温发生突变.
地下流体地震预测方法的可行性取决于断层强度.一般来说，高震级的地震需要破坏断层上更强的闭锁区块，需要更长的时间积累足够的应变，在闭锁区块两端形成更高的应力集中，因此在高震级的孕震过程中，地下传导上来的信息，在经过当地构造的衰减之后，到达地表的量级是可以从背景杂波中提取出来的情况下，该方法是可行和有效的.井水位通过孔隙弹性耦合理论机制可以捕捉到含水层约为4.9e-10的体应变变化，这个灵敏度以及当地地下构造的衰减作用共同决定了，什么震级的地震可以在地表被分辨出来.最近也很多研究表明很多产生大地震的俯冲带的断层的强度很弱.应力传递的衰减作用需要考虑应力集中区域与所观察井之间水平和纵向的结构，需要考察井震距、震源深度和井和含水层之间的深度、以及介质中的物理量的衰减规律.从汶川地震同震井水位阶变的分析结果来看，由于应力的衰减规律，用孔隙弹性耦合效应不能很好地解释井水位变化的量级.从渗流通道改变的角度，首先要有渗透率改变的机制，如扩容-微裂隙原理和渗流通道中沉积物障碍被移除的假设，并要求裂隙开闭状态调整的区域存在较大的粒子浓度梯度或水压梯度，这样才会造成井水位的上升下降或者粒子浓度的异常扰动.地下流体观测量对地壳运动响应的灵敏度、噪声的大小、也会影响地下水异常现象的强弱，跟特定的井和断层区域的水文地质条件有关.孕震过程应力场时空变化的规律和量级等前兆理论需要进行更深入的研究.
地下水异常现象是否发生以及发生的量级受很多复杂因素的影响，首先是作用机制的影响.孔隙弹性耦合理论机制如果起主导作用，井水位可以捕捉到含水层约为4.9e-10的体应变变化，这样的体应变变化是否能在地震的孕育过程发生在含水层中，跟很多因素有关.主要有断层、震源介质自身的性质、应力传递过程的信息的衰减.海城地震有前震序列，这不可以作为所有大地震的标志.对于脆性破裂类型的地震，短临突发性异常可能很少，如1996年的丽江7.0级大地震只有极小量的地下水宏观异常现象.其原因有正断层、富含水、应力腐蚀和破裂强度低等原因(罗灼礼和王伟君，2008).最近关于断层强度的研究有一些新的成果.Wang和Bilek(2014)通过总结世界范围内俯冲带的测量学和地震学研究结果，发现大地震往往发生在相对光滑的断层上，而在较为崎岖的断层上则容易发生多个小地震.深处低频颤动(tremor)可以由小于100Pa的固体潮或海潮剪应力引起，意味着产生它们的断层一定非常弱，可能的原因是断层中存在高压的流体(Bürgmann, 2015).这些研究表明很多产生大地震的俯冲带的断层的强度很弱.应力传递的衰减作用需要考虑应力集中区域与所观察井之间横向和纵向的距离，需要考察井震距、震源深度和井和含水层之间的深度、以及应力衰减规律.从渗流通道改变的角度，首先要有渗透率改变的机制，如扩容-微裂隙原理和渗流通道中沉积物障碍被移除的假设，并要求裂隙开闭状态调整的区域存在较大的粒子浓度梯度或水压梯度，这样才会造成井水位的上升下降或者粒子浓度的异常扰动.地下流体观测量对地壳运动响应的灵敏度、噪声的大小、也会影响地下水异常现象的强弱，跟特定的井和断层区域的水文地质条件有关，如果含水层的裂隙系统发育程度相对较高，发生裂隙张开与闭合的位置距离井孔较近，则能更灵敏地捕捉到实时的地壳活动信息.
4.2综上，进一步研究地下流体地震预测方法的可行性，我们需要把地表监测结果与孕震过程的物理规律相结合，在能够排除干扰源影响的前提下，从实地测量数据和数值计算等方面来探讨井水位等物理量异常的空间衰减以及分布规律.
对于实测数据，关键是能够确定前兆出现符合孕震过程中的物理规律，能够与孕震过程吻合.即通过深入研究单井的特性，如水文地质环境，含水层岩性和固结程度，响应灵敏度，找出各类噪声的量级和去除方法.如，可以用固体潮、井水位对气压变化响应等方法反演含水层中的体应变以及含水层参数.在得到前兆到达地表的量级之后，根据当地断层的强度，大小地震的关系，地震成核深度，异常信号的衰减规律等信息，推测所孕育地震的震级.根据这些资料，确认渗流连通性改变与孔隙弹性两种前兆机制的适用性，前兆的量级并明确所观测到前兆与地震的关系.
正演数值计算可以估计预兆的量级、时空演化规律和衰减规律，结合实测数据检验和探索引起前兆现象的机制，以及研究不同断层前兆现象的差别，以更好地辨识异常信号.实测值会得到一个或多个离散的点，数据不足的情况下很难找到普遍规律.用断层模拟、岩石实验结果等方法可以研究整个地震周期应力应变场的演化规律.结合应力应变场和地下流体的耦合机制可以得到地下流体前兆的时空分布规律.前兆场时空分布的正演计算的进一步发展有赖于对地震现象全过程理论研究的进一步提高.
4.3在未来，要使用地下流体方法进行地震预测，以及判断地下流体地震预测方法对于不同断层的可行性，要把物理模型和实测数据结合起来.结合正演模型得到的地下流体异常规律和多个井的综合信息建立地震三要素和地震前兆的关系.
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