2017, Vol. 38
地下水位的动态特征能够直接或间接反映地震活动的发展过程，水位观测在以往地震预报分析中发挥了重要作用（汪成民等，1988），是地震地下流体观测的最为重要的手段之一（刘耀炜，2006）。但并不是所有水位变化都与地震有关，影响水位变化的因素较多，例如抽水、降雨或其他环境因素变化等均会导致水位发生变化（车用太等，2005）。所以如何排除干扰因素对于成功判定地震前兆异常尤为重要。本文针对龙游地震台2015年3月17出现的水位单测项异常变化，通过资料对比分析、同步观测和线性测试（李克等，2007）等研究方法，从观测仪器自身到环境干扰因素进行系统分析，得出此次水位异常变化的主要原因，为浙江省地震分析预报工作提供重要依据。
1 观测井概况浙江省龙游地震台（以下简称龙游台）水井是一口石油勘探井，位于金衢盆地中部断陷，衢州拗陷与游埠拗陷之间的龙游凸起上，距离萧山—球川断裂约2 km，该断裂是一条在Q1和Q3中晚期有明显活动的第四纪活动断裂。龙游观测井含水层埋深大，封闭性好，井深达3 320.93 m，井内设有套管，井孔套管下到3 284 m处。龙游台配备LN-3A型数字化水位观测仪（阴朝民等，2002），于2006年12月完成安装并进行水位观测（安装前进行较为彻底的洗井），至2008年底，观测井水位处于下降恢复阶段，2009年2月水位观测开始呈稳定上升趋势，潮汐现象不明显。2011年6月至8月水井因井口位置低，遭洪水倒灌，导致观测记录中断，之后对井孔套管进行加高改造，于2011年10月恢复观测，后水位处于下降恢复阶段，至2014年3月，呈平缓上升趋势，观测水位恢复井口水淹前的背景趋势（图 1）。图 1中曲线在2011年6月出现的台阶，为龙游水井井口被淹时洪水灌入井内所致。
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图 1 龙游井水位观测历史数据曲线 Fig.1 Curve of water level's historical observations of Longyou well |
龙游井孔在2011年6—8月份遭洪水倒灌，经改造恢复观测后水位动态特征发生明显变化，选用龙游井2010年水淹之前的水位观测记录，与井口水淹后2014年的观测记录进行对比，观测曲线见图 2，发现水位观测曲线在井口被水淹没前比较平滑，突跳和台阶现象较少[图 2(a)]，水淹后则明显增多[图 2(b)]。水位观测资料质量明显下降，较大幅度的台阶和突跳现象较多，仅2014年就出现多次（图 3）。通过多次现场校测，未发现问题所在，因此认为水位观测仪工作正常。2015年3月17日，龙游井观测水位出现约10 cm的突然上升台阶，后缓慢回落，至3月18日12时前后回落到原水平（图 4）。由图 1可见，此台阶变化不显著，主要是由于龙游井井口2011年被淹时水位上升幅度高达近5 m，因此10 cm的台阶变化表现不明显。此次水位观测曲线出现的台阶变化是否为地震前兆异常，为此进行相关干扰排查并采取相应手段进行分析。
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图 2 龙游井水位观测水淹前后对比 (a) 2010年水淹前；(b) 2014年水淹后 Fig.2 Comparison of water level observations before and after flooding of Longyou well |
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图 3 2014年10月龙游井水位台阶、突跳变化 Fig.3 The steps and sudden changes of water observations in Longyou well in 2014 |
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图 4 龙游台静水位2015年3月17日台阶变化 Fig.4 The step of water level in Longyou well on March 17, 2015 |
针对2015年3月17日龙游井水位观测曲线出现的台阶变化，首先进行环境因素排查，以便判断此次台阶是否由环境干扰所致。调查发现，龙游台周围无大型施工作业，无抽水干扰，且台阶出现时无强降雨和显著的气压变化干扰（图 5），可见观测井此次水位异常非环境干扰因素造成。
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图 5 2015年3月龙游水位与气压、降雨量对比 Fig.5 Water level, air pressure and rainfall of Longyou well in March, 2015 |
2015年3月17日观测水位台阶变化非环境干扰所致，由此推测水位观测仪的工作状态存在问题，为此在龙游井内架设临时观测水位仪，与原水位仪观测数据进行对比分析。2套水位仪于2015年4月1日—13日进行对比观测，水位变化曲线见图 6，可见2套仪器的记录趋势不一致，原水位仪观测曲线台阶、突跳现象仍在，而临时架设的水位仪记录比较平稳，观测曲线未出现台阶和突跳现象。通过2套仪器同步对比观测，初步断定，龙游井原水位观测仪观测记录不可靠。
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图 6 新旧水位仪记录对比 Fig.6 Comparison of the new and old water level records |
为验证水位仪对比观测结果，将进行对比观测的2套水位仪做线性测试分析（李克等，2007），测试结果见表 2。
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表 2 龙游水位仪线性测试结果 Tab.2 Linear test results of Longyou water level meter |
正常的水位观测记录应该与入水深度呈线性变化，由表 2可见，原水位仪刚入水时显示值与实际入水深度比较吻合，随着入水深度的增加，原水位仪显示值与实际入水深度相差越来越大，在入水5 m时，相差0.216 m，而新水位仪显示值与实际入水深度始终比较吻合。说明原水位仪观测值随着入水深度的增加，呈非线性变化（尹祥础等，1991），不能准确反映水位的真实变化。
通过对比观测和线性测试分析，认为此次原水位仪记录的台阶变化是不可靠的，是仪器自身原因引起，并非地震前兆异常。
6 结论通过上述环境调查与相关分析，认为龙游井水位观测2015年3月17日出现的水位台阶变化，并非地震前兆异常，而是龙游水位仪传感器因自身稳定性与线性发生改变而产出的不可靠数据，不能真实反映井水位变化。推测原因为，2011年6—8月龙游井井口被水淹没时，井孔灌入洪水，导致水位仪传感器入水深度超量程（水位仪量程：0—10 m），致使传感器稳定性与线性发生改变，从而造成记录的水位数据不准确。
本文在撰写过程中得到龙游科技局相关工作人员的大力支持，在此表示感谢。
| 车用太, 刘成龙, 鱼金子. 地下流体观测环境的评估指标——干扰度[J]. 地震, 2005, 25(3): 63-68. | |
| 李克, 赵仲和, 宋彦云, 等. 地震地下流体理论基础与观测技术[M]. 北京: 地震出版社, 2007, 28-29. | |
| 刘耀炜. 我国地震地下流体科学40年探索历程回顾[J]. 中国地震, 2006, 22(3): 222-235. | |
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| 尹祥础, 尹灿. 非线性系统的失稳前兆与地震预测[J]. 中国科学(B辑), 1991, 21(5): 512-518. |