闫美蓉,张淑亮，李文超，苏燕红，白伟利，高存英

(1.山西省地震局大同地震监测中心站，山西 大同 037000; 2.山西省地震局，山西 太原 030021;3.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025)

0 引言

朔州井位于晋冀蒙交界区，自观测以来在其周边相继发生一系列中强地震，在部分地震前朔州井水位有异常显示，但目前对其震前异常表现的特征及如何判别异常方面的研究甚少。因此，该文对1987 年以来朔州井水位观测资料及影响因素进行分析。在排除各类干扰的基础上，对山西北部及晋冀蒙交界区中强地震前朔州井水位变化特征进行综合分析，给出异常判别指标，研究结果可为地震预测提供参考依据。

1 朔州井基本情况

朔州地震台位于朔州市朔城区二十里铺村西，始测于1987年12月，“十五”数字化改造前使用SW40-1模拟水位仪进行观测。2006年10月，依托“山西数字地震观测网络”工程项目，观测方式改为数字化，新增水温观测项目，使用的仪器为LN-3A水位仪和SZW-1A数字式温度仪。

朔州井位于大同断陷盆地南端, 井区外围被3组断裂带切割(见第28页图1)。井区内断裂构造不发育，历史上未发生MS≥5.0地震, 属于较完整而稳定的断块区。井区在地貌上为山前冲洪积平原区，第四系厚约300 m, 其下发育有中、上石炭统碎屑岩夹煤层与石灰岩层，厚约120 m，再向下为中、下奥陶统石灰岩与白云岩层。该区沉积盖层的厚度约1.5 km，地壳厚度约44 km，结晶基底发育。

图1 朔州井地质构造图

朔州井深708.43 m，井孔由地面至570.20 m深度均设有护井套管。其中，394.8～570.2 m为滤水管，570.2 m以下为裸孔。井水主要来自下奥陶统白云岩岩溶裂隙水层与中奥陶统灰岩岩溶裂隙水层，其厚度为315.6 m。该含水层为富水、强透水层，井孔涌水量可达1 162 m3/d，含水层渗透系数为 0.5～1.2 m/d。因此，该井具备作为地震地下水动态观测井的条件[1]。

2 水位动态特征

按照多年趋势动态、年动态和日动态3个不同的时间尺度分析朔州井水位观测数据，得到无强震活动与无强干扰影响时不同时间尺度井水位的变化规律(见表1)。可以看出，朔州井多年趋势动态为下降型，年动态为周期性表现(高水位在每年初，低水位在每年7月前后)，日变动态受固体潮的影响为双峰双谷或单峰单谷型(见第28页图2)。

表1 井水位正常动态特征

图2 朔州井水位动态曲线图

3 水位异常特征分析

3.1 干扰异常特征分析

在分析震前异常特征时，必须排除非构造因素的影响。多年的观测实践表明，影响朔州井水位动态变化的干扰因素主要来自观测系统和环境[2]。表2从观测系统、环境两方面，依据干扰异常判别方法，进行分类并给出常见的干扰异常图例(见第30页图3)，为识别观测资料中的各类干扰因素提供参考。

表2 井水位干扰统计表

3.2 震前异常特征分析

(1)目标地震选取。

选取朔州井水位1987年7月观测以来的月均值数据，对山西北部地区4级左右地震和晋冀蒙交界区5级以上地震前井水位变化特征进行分析。选取目标地震如表3所示，可以看出，在研究时段，区域内共发生M4.0～5.0地震4次，M5.0以上地震6次。

表3 1990年以来山西北部及晋冀蒙交界区中强地震一览表

(2)震前异常特征分析。

在进行异常变化与地震之间的关系分析时，应先排除干扰引起的变化。第30页图3为不同干扰对朔州井水位观测数据的影响，对排除干扰后的水位数据进行分析[3-5]。

图3 朔州井水位干扰图例

此研究对1987年以来山西北部地区4级左右地震和晋冀蒙交界区5级以上地震前，朔州井水位异常进行统计(见第30页图4、第31页表4)，其中，1995年11月3日山西朔州市M4.0地震前，水位出现破年变快速转折上升，从异常出现到发震间隔约1年，井震距约20 km；在山西北部至晋冀蒙交界地区5级以上的地震发生前，朔州井水位异常表现为破年变且高于多年平均值的高值，从异常出现到发震间隔最短3个月、最长43个月，井震距最近20 km、最远达400 km。

表4 水位异常与地震对应情况统计

图4 水位月均值与地震的对应关系

综上所述，朔州井水位震前异常特征主要表现为破年变变化，当井水位曲线形态出现破年变且快速转折上升时，在井区附近可能会发生4级左右地震；当井水位动态出现破年变变化且处于高值状态时，在山西北部至晋冀蒙交界地区可能会发生5级以上地震。虽然朔州井水位与山西北部地区中强地震有一定的对应关系，也存在有震无异常或受区域地下水影响而出现的类似破年变变化的情况。如，1993年9月11日山西五寨M4.3地震，震中距约90 km；1999年5月15日山西应县M4.1地震，震中距约60 km；2009年3月28日山西原平M4.3地震，震中距约100 km，震前均无异常显示。

3.3 异常信度R值评分

R值评分法是目前地震预报效能评价中最常用的一种地震前兆异常与地震相关性评价的方法，当研究某台站的某个测项地球物理观测方法预报地震效能时，都用R值评分法估计其预报效能的好坏。地震预报效能R值评分方法的核心思想是同时考虑地震的报准率和预报地震所占用的时间[6]。近几年来，最常用的R值评分计算方法为：

由表5看出，朔州井水位R值评分结果为R>R0，通过预测检验。对照朔州井水位震例统计，得出朔州井水位异常以中长期为主，预报有效期可达3年，最优预报期为2年。

表5 朔州井R值统计结果

4 结论与讨论

通过对朔州井水位异常特征的研究，得到如下结论：

(1)区域地下水开采、观测仪器故障、雷电、大风等是影响朔州井水位动态变化的主要干扰因素，影响因素明确且易于排除。

(2)朔州井水位对山西北部地区5级以上地震有较好的映震能力，该地区自1987年以来共发生6次M5.0以上地震。其中，5次地震在震前出现了朔州井水位异常，距发震时间较长，井震距较大；对北部地区4级地震的映震能力较弱，在该地区同时间段4次4级地震前，仅有1次在井区附近出现异常。

(3)朔州井水位异常R评分结果显示，朔州井水位异常适用于中长期预报，对山西北部及晋冀蒙交界区的地震有一定的指示意义。