为了使同震效应具有可比性,本文只选取从ADP数字地震前兆综合观测系统运行以来的多次全球大震及中国内陆中强地震,如日本千岛群岛8.0级地震、台湾南部海域7.2及6.7级地震、云南普洱6.4级地震、福建顺昌4.9及4.7级地震、四川汶川8.0级地震等展开对比分析。
2.1 记震能力对比分析
2.1.1 不同型号仪器记震能力对比分析
统计2006年11月ADP系统安装运行以来发生的11次全球大震及中国大陆中强地震事件,若对采样率不加区别,只要有反应,都算有震例,则以秒为采样率的ADP系统共获取同震效应震例32台次,占该系统总观测台项次(66)的48.5%; 而以分钟为采样率的LN-3A共获取同震效应震例28台次,占该系统总观测台项次(220)的12.7%。二者的差异很大,显然ADP系统在记录地震事件上占有绝对优势。但由于采样率不同,无法判断这一差异是仪器性能引起的还是采样率不同引起的。为此我们将ADP系统获取的数据同样用分钟采样率来分析,结果ADP系统仅获取8台次震例,占该系统总观测台项次(66)的12.1%,与LN-3A几乎相等,由此可见造成二者差异的主要原因与仪器的性能关系不大(表2)。11次地震中取得最多震例的为汶川8.0级地震,共18台项次(图1、表2)。
表1 福建流体观测网水位水井基本情况表
Tab.1 Situation of water level wells underground water monitoring network in Fujian province
图1 汶川8.0级地震福建水位观测井同震效应典型图(分钟采样率)
Fig.1 Coseismal effect of M8.0 earthquake occurred on May 12,2008 in Wenchuan recorded by underground water monitoring network in Fujian Province(Minute sampling rate) (a)南安莲塘井;(b)厦门天马井;(c)闽侯旗山井;(d)安溪一号井;(e)尤溪音坑井; (f)平潭北雾里井;(g)永春桃东井;(h)仙游东屏井;(i)长乐营前井
表2 福建省流体观测台网水位同震效应统计表
Tab.2 Statistics of coseismal effect recorded by underground water monitoring network in Fujian Province
注:由于数据共享及经费所限,目前福建省地震局只要求提供分钟值数据,故日常工作中各种型号的仪器均是分钟采样,只有地震发生后才去补收秒采样或15 s采样的数据,有的因为没有及时补收便造成数据丢失,尤其是LN-3A型号仪器的数据。故本统计中我们将LN-3A与LN-3仪器统一归类为LN-3计算。
2.1.2 同种仪器不同采样率水位记录对比分析
将ADP系统同一时段秒采样率和分钟采样率收取的数据绘图对比分析,发现秒采样率的数据取得的水震波震例大大多于分钟采样率,分钟采样率数据相比秒采样率数据未能取得水震波或水震波不明显。如连江江南井秒采样率的数据在11次地震事件中均取得水震波震例,分钟采样率的数据仅取得3次水震波震例。多数观测井分钟采样率的数据除汶川地震有记录外,其它地震均无记录。图2是2006年12月26日台湾南部海域7.2级及6.7级两次地震秒采样率组对地震的记录情况,从图中可见均有明显的水震波,而图3的分钟采样率组在同一时间段内没有明显的水震波。从地震当天的分钟值走势图(图略)来看,只有连江江南井有不太明显的水震波,平潭北雾里井出现固体潮畸变,其它水井没有异常变化。
图2 2006年12月26日台湾南部海域7.2及6.7级地震福州地区各水井水震波图(秒采样率,全长1小时)
Fig.2 water-level earthquake waves of the M7.2 earthquake and M6.7 earthquake occurred on December 26,2006 in southern Taiwan Strait recorded by wells in Fuzhou(second sampling
rate,1 hour) (a)福州浦东井;(b)平潭北雾里井;(c)闽清梅埔井;(d)罗源洋后里井;(e)连江江南井
图3 2006年12月26日台湾南部海域7.2及6.7级地震福州地区各水井水位分钟值走势图(全长1小时)
Fig.3 Minutes water level curves of he M7.2 earthquake and M6.7 earthquake occurred on December 26,2006 in southern Taiwan Strait (1 hour)at wells in Fuzhou (a)福州浦东井;(b)平潭北雾里井;(c)闽清梅埔井; (d)罗源洋后里井;(e)连江江南井
进一步对ADP系统安装运行以来水位所记录的11次全球大震及中国大陆中强地震事件进行统计分析,我们发现在井—含水层系统相近及仪器型号一致的水井,其水震波开始振荡的时间与震中距成反比,震中距越近,开始振荡的时间越早; 而振荡的持续时间与震级成正比,震级越大,水震波持续时间越长。但统计的11次地震事件中,水震波持续的时间都不长,一般在1~5分钟之间,分钟采样的仪器在水震波振荡期间只能记录到1~5个数据。这显然无法从图形上完整地显示其振荡过程。因此我们认为,上述统计的两种型号仪器记震能力的差异,主要是采样率不同造成的,与仪器性能关系不大。
表3是2006年12月26日台湾南部海域7.2级及6.7级两次地震水震波情况。
2.2 不同型号仪器同震效应波形对比分析
以2006年12月26日台湾南部海域7.2级及6.7级地震为例,安装秒采样的ADP系统的6口水井中有5口水井取得良好的水震波震例(图2),且两个地震水震波都较为完整,但安装分钟采样的LN-3系统的20口水井中只有5口水井有反映,其中只有漳州南靖井和闽侯旗山井记录到水
表3 2006年12月26日台湾南部海域7.2及6.7级两次地震水震波情况统计表
Tab.3 Statistics of water-level earthquake waves of the M7.2 earthquake and M6.7 earthquake occurred on December 26,2006 in southern Taiwan Strait
震波,且波形并不完整; 仙游东屏井出现固体潮畸变、尤溪音坑井出现震后上升、安溪一号井出现震后下降,这三口井均未捕捉到明显的水震波,而晋江安海井、泉州局一号井等其它以分钟采样水井的水位观测值没有异常反映(图4)。因此仪器采样率对波型的完整性起决定作用。
图4 2006年12月25~27日安装LN-3的各水井典型水位分钟值走势图(全长3天)
Fig.4 Minitutes water level curves at wells with LN-3 during 20061225-20061227(3 days) (a)晋江安海井;(b)仙游东屏井;(c)安溪一号井;(d)漳州南靖井;(e)尤溪音坑井;(f)闽侯旗山井
2.3 水震波型特征分析
如前所述,由于水震波持续的时间都不长,一般在1~5分钟之间,安装LN-3A观测系统的水井很难记录到完整的水震波,因此笔者只对福州地区6个安装ADP系统的水井记录的水震波进行分析。大量的震例显示,这些水井的水震波主要有3种波型:纺缍型或近似纺缍型,这种波型的水位有一个逐渐升高后又逐渐下降的起伏过程; 半纺缍型,这种波型水位没有一个完整的起伏过程,水位仅有一个逐渐升高或逐渐下降的过程; 毛刺型(有时还伴有阶变),这种波型水位呈不规则突跳。从波形特征上看,同一地震在不同水井记录的水震波形状不同,而同一水井记录的由不同地震引起的水震波形状亦不相同。如四川汶川8.0级地震中,闽清梅埔井记录的水震波呈近似纺缍型,水位有一个逐渐升高后又逐渐下降的起伏过程; 连江江南井、罗源洋后里井记录的水震波呈半纺缍型,水位没有一个逐渐升高的过程但有一个逐渐下降的过程; 平潭北雾里井记录的水震波则呈毛刺型,同时还伴有阶变。台湾南部海域7.2及6.7级地震连江江南井记录的水震波呈纺缍型或近似纺缍型,福州浦东井记录的水震波则呈毛刺型。云南普洱6.4级地震连江江南井记录的水震波呈半纺缍型,而闽清梅埔井记录的水震波呈毛刺型。福建顺昌4.9、4.7级地震所有记录到的波型均呈毛刺型。如图5~6。而同期安装的LN-3A仪器并没记录到这些地震引起的水震波。因此只有加大采样率才能记录到不同地区的更为丰富的水震波。
图5 福州地区各水井记录的不同地震水震波典型图(秒采样率,全长20 min)
Fig.5 water-level earthquake waves of different earthquakes recorded by wells in Fuzhou (second sampling rate,20 minutes) (a)罗源洋后里井记录的福建顺昌4.9及4.7级地震水震波;(b)罗源洋后里井记录的四川汶川8.0级地震水震波; (c)福州浦东井记录的台湾南部海域7.2及6.7级地震水震波;(d)平潭北雾里井记录的四川汶川8.0级地震水震波;(e)闽清梅埔井记录的四川汶川8.0级地震水震波;(f)闽清梅埔井记录的云南普洱6.4级地震水震波
2.4 不同深度水井对地震记录能力的对比分析
从表1、表2的统计资料可以发现,不同深度的水井均记录过震例,安装了ADP观测系统的水井记录地震事件次数多于安装了LN-3观测系统的水井。同是ADP观测系统,记录地震事件次数最多的是连江江南井,它记录了11次地震事件,井深为100 m; 记录地震事件最少的是长乐营前井,仅记录到1次地震事件,其井深也是100 m; 该观测系统中最深的平潭北雾里井(深256 m)和次深的福州浦东井(深202 m)都只记录到3次地震事件。同是LN-3观测系统,记录地震事件次数最多的是永春桃东井,它记录了5次地震事件,井深仅为5 m; 其次为尤溪音坑井和安溪一号井,均记录到4次地震事件,其井深分别为63 m和102 m; 最深的晋江深沪井(深203 m)仅记录到1次地震,次深的晋江安海井(深200 m)记录到2次地震,而井深171 m的华林二号井则没有记录到地震。由此可见,水井深度并不是影响水位记震能
图6 连江江南井记录的不同远震水震波图(秒采样率,全长20 min)
Fig.6 water-level earthquake waves of different teleseisms recorded by Lianjiangjiangnan well (second sampling rate,20 minutes)(a)台湾南部海域7.2级及6.7级地震;(b)福建顺昌
4.9及4.7级地震;(c)东海6.5级地震;(d)云南普洱6.4级地震;(e)四川汶川8.0级地震
力的主要因素,除去仪器工作状态、水井结构以及周边环境干扰等因素,水井的深度与记震能力关系不大。