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有关拉萨地磁台地下水位的研究与测向指标的建立

2020-02-07 303 上传者：管理员

摘要：降雨及外界干扰对拉萨地磁台井的水位影响显著，本文在将降雨影响及外界干扰排除后，对当地异常信息进行提取，建立初步的预测指标，旨在为地震前兆异常信息提供可参照的资料。

关键词：
拉萨地磁台井水位
相关成因法
相对变差率
降雨量
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1、拉萨地磁台概况

拉萨地磁场位于拉萨西郊七一农场院内。拉萨地磁台地处河谷冲积平原，台基为砾石冲积层，厚约70m。经纬度为E91.0，N29.6；海拔高度为3633.00m；拉萨地磁台目前的观测手段有地磁、地下流体、气象三要素和大地电场。台站东面紧邻政府安居房，南面1000m左右处为拉萨河，西南方向约1000m处为拉萨特大铁路桥,西面为公路，北面约200m处为西藏农业科技园的塑料蔬菜大棚。

图1拉萨地磁台地理位置图

2、井水位概况

地下流体观测井在拉萨地磁台院内，地下水位埋深约100m，观测井到观测室地面电缆长度约26.5m（图2）。距离观测井南面约1000m处是拉萨河，仪器供电基本稳定。

图2水位井柱状图以及外观

3、拉萨地磁台井水位干扰因素简介

3.1拉萨地磁台水文地质条件

地下水补给、径流、排泄条件除受大气降水入渗补给外，具有更大补给意义的应为基岩山区径流而来的地下水地表水。拉萨河谷自第四系以来，一直处于持续的阶段性上升使得向下深切割过程中，河谷内堆积了泥质含量较高的松散碎屑物质，地形地貌及地质构造对地下水的补给具有巨大影响，在工作区表现为自北向南运动。地下水的排泄方式主要有三种：一是通过径流汇入拉萨河谷平原冲基层潜水；二是在前缘陡坎处以渗流或股流形式出露成泉或湿地；三是以蒸发的形式排泄。台站周围过去有很多前缘陡坎处以渗流或股流形式出露成泉或湿地的现象，但现在除了院内有个水池之外很难看到地面成泉或湿地的现象，因此确认拉萨地磁台流体观测井是位于拉萨河流宽谷区含水层的排泄区附近。通过收集台站周边的相关资料显示，工作区内地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水，按其相对独立的水文地质单元和排泄关系可分为梁间宽谷地下水和河谷冲积平原地下水。其分布规律和赋存条件严格受地层岩性地形地貌、地质和气象水文等诸多因素的严格控制，此地段的地下水赋存条件比较复杂。

3.2拉萨地磁台井水位干扰因素简介

拉萨地磁台水位井较浅很容易受干扰。干扰原主要包括：①环境干扰：如2015年在观测井东南面离观测井300米左右处建设居民高楼。抽拉萨河水导致地磁台水位观测数据从6月24日至9月13日受影响。2017年6月起每天出现1-2次凹形阶变，通过调查以及实验证明是受台站东面围墙外新建的居民楼抽地下水导致。②雷电干扰。③观测系统干扰：主要有供电系统故障、开机和重启仪器、存储、仪器性能不稳和网络通讯接口故障等。④人为干扰：主要有检查仪器、软件升级、取水、台站基建改造等。⑤除此之外也还存在一些不明因素干扰，因当时日值填写不完整，无法查找原因。

4、拉萨地磁台井水位特征

4.1 历年同周期水位对比

拉萨地磁台水位同水温一起在一口井里，2007年11月建立并使用，但因种种原因2009年前的数据断断续续，因此文章采用的2010年至2018年的数据进行分析（图3）。年变趋势没有大的变化，2015年6-9月台站右前方高楼建筑大量抽地下水，导致地磁台水位受干扰。

图3历年同周期水位对比图;图4历年同期水位、降雨量对比图

4.2 历年同周期水位与降雨量对比拉萨地磁台井水位受降雨影响明显（图4）。每年井水位峰值与季节性降雨密切相关。基本每年的1-5月水位比较平稳，6-9月降雨比较集中、水位上升趋势，10月中下旬水位处于下降趋势。

4.3 拉萨地磁台水位综合分析

4.3.1 相关成因法。拉萨地磁台井水位受降雨影响较明显，因此用相关成因法进行剔除降雨干扰，以便分析数据更加可靠［1］。方法：①建立水位月变化量△H=H极大值-H极小值获得数据Hi（i=1，2，3，......）；②建立月降雨量的时间序列Pi（i=1，2，3，......）；③拟合△H与P时间序列数据，获得两者函数关系式，获得拟合水位数据H′i（i=1，2，3，......）；④计算水位残差值Hi-H′i后取绝对值；⑤异常判别标志，水位残差值≧2倍标准差。以上步骤表达式：公式1。通过此公式进行计算后，对残差数据进行拟合，一次拟合后提出离散点进行二次拟合，异常判定标志为水位残差值≧2倍标准差（图5）。

图5水位去除降雨后的残差值图;图6拉萨地磁台井水位相对变差率曲线

结果表明:2010年5月末至7月拉萨地磁台水位超过阈值，2010年11月30日发生当雄5.2级地震（震中距72km）；2013年9月中旬至12月中旬地磁台水位超过阈值，分别2014年1月尼玛5.1级地震和3月31日尼玛5.5级地震（震中距290km）；2014年5月至7月地磁台水位超过阈值，平静几个月后2015年3月末至6月水位超过阈值，期间4月25日发生定日5.9级地震和尼泊尔8.1级地震（震中距640km）；2017年3月至7月地磁台水位超过阈值，2017年11月18日发生米林6.9级地震；2018年8月以来，水位超过阈值。预测指标1：异常判定：≧2倍标准差；预测范围：台站450km左右5级，550m范围6级；预测时间：6个月；对应率：14/18。

4.3.2 相对变差率。相对变差率是通过月变差率定量地、较好的描述观测值常趋势动态特征变化［2］，尤其是分析破年变特征，也可以定量地确定本年度相对上年度周期的变化程度，即设月均值观测序列为，如有明显的年变特征，使用13点平滑方法剔除年变影响，如有高频波动成分，使用5点平滑方法清楚得到无年变、无高频序列，则相邻月均值相对变差率定义为：公式2。或隔年月均值相对变差率定义为：公式3。以定义来看，相对变差率是反映趋势性变化特征，将每年同周期水位数据进行比较分析，以提取异常信息。运用相对变差率对拉萨地磁台井历年水位月均值进行差分分析（图6）。

结果表明：2014年7月起水位相对变差率出现持续上升近10个月后快速下降变化，期间2015年4月25日，异常出现9个月后发生尼泊尔8.1级强烈地震（距震中630km）。2017年6月起水位相对变差率出现快速上升变化、持续到9月后缓慢下降，出现异常4个月后11月18日发生米林6.9级地震（距震中480km）。2018年6月份起水位相对变差率出现下降，且相对变差率≧1%.由此预测指标2：未来半年内台站450km范围发生5级，550km范围发生6级的可能性。

5、结论与讨论

文章通过排除干扰，运用相关成因法去除水位受降雨的影响后提取异常信息，再利用相对变差率进行分析水位数据，初步建立了预测指标。可参考的预报效能检验：

R=c-b=10/13-24/60=0.369＞0.306（97.5%置信值）

R=c-b=14/18-47/96=0.290＞0.254（97.5%置信值）

在文章修改过程中，12月24日西藏谢通门发生5.8级地震（震中距地磁台344km）。是否能成立这一预测指标需要进一步研究。

参考文献:

[1]王俊,张军,陶月潮,等.芜湖皖28井水位异常综合分析[J].地震地磁观测与研究,2014,35(5):172-178.

[2]王燕,杨兴悦,陈雪梅,等.甘肃模拟水位资料处理方法研究及映震效能评估[J].地震研究,2013,36(1):24-33.

格桑卓玛,王俊,格桑尼玛,洛布战堆,土凳次仁,许亮.拉萨地磁台地下水位分析与预测指标初步建立[J].西藏科技,2019(3):75-77.

基金项目:西藏自治区地震局青年科研基金