固体潮汐是地球固体部分在太阳和月亮引潮力作用下产生的内部应力或应变(张昭栋,1988),对水位固体潮资料做调和分析计算,是提取地震信息、预报地震的方法之一。当地震孕育到一定阶段后,孕震区的微裂孔隙便出现扩展串通,介质性质发生变化,地球对潮汐力的响应也会发生变化。通过计算和分析固体潮汐的变化,可以获取一定的地震前兆信息,达到一定的地震预测预报目的。自1879年Klonne在捷克的达乔尔特(Duchort)地区发现固体潮汐现象后(Klonne,1880),潮汐效应成为国内外一些地震学家关注的热点问题。Hsieh等(1987)根据加利福尼亚帕克菲尔德地区附近的水井水位资料,推导出井水位潮汐效应的振幅比和相位差解析式,认为可以利用水位潮汐振幅比和相位差表达含水层的渗透系数和储水系数; Erskine(1991)指出潮汐会通过含水层透水特性影响地下水位; 张昭栋等(1991)首次介绍了地下水潮汐的理论基础,并将结果运用于地震预报中; 唐九安等(1993)计算了1986～1991年甘06井的潮汐参数,分析该井水位和潮汐参数在共和、景泰地震前的中期异常,结果表明,该井自1989年起的潮汐因子有明显增大的趋势。

本文对永安井水位资料采用Venedikov调和分析方法进行潮汐变化的计算,从中挑选出对固体潮影响比较大的M₂波潮汐振幅比和潮汐相位差两个潮汐参数,结合同期福建地区发生的多次4级以上中强地震和台湾地区发生的7级以上强震进行分析,探寻这两个潮汐参数在这一系列地震前后的成因与变化规律。

永安水位观测井是我国东南沿海最深的地震地下水动态观测井,井深1 000.44 m。观测井孔位于华南断块区内NNE向以压性为主的政和—海丰断裂带和NW向以张扭性为主的永安—晋江断裂带交汇处附近(图1),观测井的地质观测岩层为火山岩裂隙承压汇合水,封闭条件较好。5.2～400 m是第三系—白垩系上统赤石群,岩性为紫红色砂岩; 400～1000 m是侏罗系上统南园组,岩性为凝灰岩层。含水层分布在70～552 m,为混合承压水。永安井水位动态比较稳定,年变幅都在1 m左右,可清晰地记录到固体潮、气压、地震波等地壳应力—应变信息,属于福建省A类地震观测水井。

永安井水位动态观测始于1982年,在1982年1月至1985年2月采用红旗-1型水位计记录,1985年3月至今采用SW40-1型水位计记录,自

图1 永安水位观测井所处地质构造图
Fig.1 Geological structure of water level observation in Yong'an Well

图2 2003～2011年永安井水位与降雨变化分析
Fig.2 Analysis of water level in Yong'an Well varying with rainfall from 2003 to 2011

表1 永安井水位受上游泄洪影响列表
Tab.1 List of water level effected by upper stream flood discharge in Yong'an Well

表2 2003～2011年永安地区年降雨量统计
Tab.2 Annual rainfall statistics in Yong'an area from 2003 to 2011

扩容—扩散(DD)模式认为,当岩石中积累的应力大到一定程度时,岩石的变形将由弹性阶段转入塑性阶段,岩石中逐渐产生微裂隙而使其体积膨胀(扩容),扩容到一定程度时扩容区外围的水将渗入扩容区内(扩散渗透),使其中的孔隙压力迅速增大并导致破裂发震(车用太等,2005)。从永安井水位潮汐变化分析中,M₂波潮汐相位差能更好地验证这一物理过程。在台东7.0级地震发生前后,M₂波潮汐相位差的变化过程为上升—下降—恢复,在下降过程中发震; 台南7.2级地震前后,M₂波潮汐相位差的变化过程也是如此,只是台南7.2级地震发生后,M₂波潮汐相位差变化程度比台东7.0级地震大,可能引起了福建地区震源应力场的变化,从而触发福建地区一系列中强地震的发生。由于福建地区地震的发生受台湾地区应力调整控制程度比较大,台湾强震对福建影响比较大(傅再扬等,2008),这可能为我们以后对福建地区地震预报提供一个思路。

根据永安井水位波的潮汐振幅比和潮汐相位差对应台湾7级以上强震、福建4级以上中强地震的统计事实,充分体现利用井水位的M₂波潮汐振幅比和潮汐相位差这两个潮汐变化物理参数对于地震短临预报具有一定的价值和前景。比较而言,M₂波潮汐相位差这一物理量与地震的对应关系比M₂波潮汐振幅比更好,同时发现异常幅度与地震震级大小无明确关系,但有一明显的事实,当异常幅度较大而且是成簇出现时,能较好对应地震。通过该井水位求得的M₂波潮汐振幅比和潮汐相位差比较好的应台湾7级以上强震和福建4级以上中强地震的关系以及井水位波振幅比和 相位差的物理本质来看,永安井水位M₂波潮汐振幅比可能主要反映的是福建地区地震震源引起含水层性质的变化,所以认为井水位M₂波潮汐振幅比可能主要反映的是含水层渗透系数的变化; 通过永安井水位M₂波潮汐相位差的变化过程来看,认为M₂波潮汐相位差可能主要反映的是周围应力场变化的调整。从地质构造角度来看,永安井水位M₂波潮汐振幅比和潮汐相位差比较好地对应台湾7级以上强震和福建中南部的4级以上中强地震,尤其是永安—晋江断裂带周围的地震,由于永安—晋江断裂带连接福建地区的长乐—诏安断裂带和政和—海丰断裂带,主要受这两条断裂带的控制,可能在这样的地质构造处,易于接受应力,对周围应力变化比较敏感,而且该井是深井观测,含水层对周边的应力积累和释放反应比较好(丁祥焕,1998)。

图5 闽台地区中强地震分布图
Fig.5 Distribution of strong earthquakes in Fujian and Taiwan area

(1)通过永安地区降雨量和该井水位资料以及该井水位求得的M₂波潮汐相位差结果对比分析,认为2011年永安井水位低值异常和M₂波潮汐相位差低值异常可能是由于该地区该年降雨量小引起的。

(2)永安井水位M₂波潮汐相位差在台东7.0级、台南7.2级地震中的前兆特征表现为上升—高值—下降,在下降过程中发震,这一物理过程符合扩容—扩散(DD)模式。

(3)通过永安井水位M₂波潮汐振幅比和潮汐相位差对应台湾7级以上强震和福建4级以上中强地震的关系以及井水位波振幅比和相位差物理本质,认为井水位M₂波潮汐振幅比可能主要反映的是含水层渗透系数的变化,M₂波潮汐相位差可能主要反映的是周围应力变化的调整。本研究以期为闽台地区的中强地震预报提供一个新的参数。