新10井水位對九寨溝MS 7.0、精河MS 6.6地震同震響應(yīng)

向陽 孫小龍 高小其 李娜

1）中國地震局地殼應(yīng)力研究所地殼動力學(xué)重點實驗室，北京市海淀區(qū)西三旗安寧莊路1號 100085

2）新疆維吾爾自治區(qū)地震局，烏魯木齊市科學(xué)二街338號 830002

0 引言

地下水是反映地殼應(yīng)力與固體變形最敏感的物質(zhì)之一，當(dāng)井-含水層系統(tǒng)處于封閉性良好的承壓體系中時，井-含水層系統(tǒng)即為一個天然體應(yīng)變儀（Hsieh et al，1987），其對地殼體應(yīng)變響應(yīng)靈敏度可達(dá)10－10量級（晏銳，2008）。外力作用引起含水層介質(zhì)體應(yīng)變的微小變化，井水位都能靈敏地作出響應(yīng)（劉序儼等，2009）。研究表明，地震引起的各種水文響應(yīng)中，井水位的變化最為普遍，地震孕育過程中的應(yīng)力積累、地震發(fā)生后斷層位錯引起的靜態(tài)應(yīng)力以及地震波傳播引起的動態(tài)應(yīng)力，都會引起局部或區(qū)域尺度地殼介質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，這就不可避免地導(dǎo)致巖體中孔隙壓力和含水層介質(zhì)特性（如滲透率）的改變，從而引起井孔水位的變化（Cooper et al，1965；King et al，1999；Manga et al，2007；Shi et al，2013）。因此，研究地震引起的井水位同震變化能夠了解地下介質(zhì)對應(yīng)力-應(yīng)變的響應(yīng)過程、孔隙壓變化特征及介質(zhì)參數(shù)變化的信息等，對于理解流體在地震孕育、發(fā)生過程中的作用，認(rèn)識與地震相關(guān)的水文響應(yīng)機(jī)理具有重要意義（Wang et al，2014；Montgomery et al，2003）。

水位的同震變化是地震波作用于井-含水層系統(tǒng)最直接的體現(xiàn)形式之一。國內(nèi)外學(xué)者在其變化機(jī)理研究方面取得了很多進(jìn)展，例如，Cooper等（1965）研究了水位對地震波的影響因素，認(rèn)為影響水位對地震波響應(yīng)的因素有井孔的尺寸、含水層的導(dǎo)水系數(shù)、貯水系數(shù)、孔隙度以及波的類型等，并得到了井水位對地震波作用的理論解析解；Manga等（2007）研究指出，遠(yuǎn)場井水位的響應(yīng)幅度取決于水位埋深、井半徑、含水層厚度和水文地質(zhì)參數(shù)等，通常含水層導(dǎo)水系數(shù)越大，引起的水位變化幅度也越大，地震引起水位持續(xù)變化的原因是含水層系統(tǒng)滲透性的改變（Manga et al，2016；Shi et al，2016；Sun et al，2015；Yan et al，2016）；國內(nèi)學(xué)者車用太等（1989）、魚金子等（1993）研究認(rèn)為，井孔水震波記震能力的強(qiáng)弱與滲透性的強(qiáng)弱有關(guān)；汪成民等（1983）提出，井孔反映地震波的能力受井孔自身特性和含水層巖體中孔隙裂隙水的流動條件以及水進(jìn)出井孔的速度有關(guān)；張昭棟等（1999）應(yīng)用井水位的振蕩曲線計算了含水層的導(dǎo)水系數(shù)，發(fā)現(xiàn)井含水層的導(dǎo)水系數(shù)越大，井水位對地震波的響應(yīng)幅度越大，并通過進(jìn)一步的SLUG實驗（張昭棟等，2000）證明了當(dāng)固有振動周期接近瑞利波的振動周期（20s）時，振動阻尼系數(shù)越小、滲透系數(shù)越大時，井水位對地震波的響應(yīng)越強(qiáng)烈。綜上可知，地震波不僅能引起井水位出現(xiàn)水震波，還可以改變井-含水層系統(tǒng)的水文地質(zhì)參數(shù)，如導(dǎo)水系數(shù)、儲水系數(shù)、滲透系數(shù)等（Brodsky et al，2003；Elkhoury et al，2006；Manga et al，2012）。因此，分析地震引起的井水位水震波響應(yīng)特征，是了解井區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件，認(rèn)識地震波作用下含水層介質(zhì)的應(yīng)力應(yīng)變，探究井水位同震變化機(jī)理的有效手段之一。

除了機(jī)理研究的進(jìn)步之外，水位數(shù)據(jù)采集技術(shù)也有所進(jìn)步，從最早的模擬記錄，發(fā)展到了當(dāng)前的數(shù)字化分鐘值及秒值記錄。研究表明，水震波的周期一般在十幾秒至二十幾秒之間，而地震波也是頻率較高的信號，相比傳統(tǒng)的模擬記錄或數(shù)字化分鐘值采樣，秒采樣率的高頻水位記錄對P波、S波和面波等都有直接反映，能更清晰完整地記錄到地震引起的水震波（He et al，2016；舒優(yōu)良等，2006），為研究水震波機(jī)理及影響因素、確定水文地質(zhì)參數(shù)，提供了更為豐富的資料（Shih et al，2013；Sun et al，2015；舒優(yōu)良等，2014）。

研究表明，新10井對地震波的響應(yīng)較靈敏，記震能力較強(qiáng)（向陽等，2017）。配備數(shù)字化高頻采樣水位儀后，新10井同時記錄到了 2017年 8月 8日 21時 19分四川九寨溝縣（33.20°N，103.82°E）MS7.0地震和 8月 9日 7時 27分新疆博爾塔拉州精河縣（44.27°N，82.89°E）MS6.6地震所引起的水震波。但二者的同震響應(yīng)形態(tài)不同，前者表現(xiàn)為井水位的振蕩—平穩(wěn)，后者表現(xiàn)為井水位的振蕩—上升。本文對比分析了新10井秒采樣記錄到的水震波與地震波（地表垂向運動）之間的相關(guān)性特征，以及其與井-含水層系統(tǒng)介質(zhì)參數(shù)間的關(guān)系，定量地研究了井水位同震響應(yīng)特征，并討論了其成因機(jī)理。

1 地質(zhì)背景及井孔條件

新10井位于烏魯木齊市南部，其地理坐標(biāo)為43.70°N、87.62°E，海拔高度為1056m。構(gòu)造上位于柳樹溝-紅雁池逆沖斷裂及其派生斷裂的交匯部位（圖1（a）），沿斷裂擠壓破碎帶廣泛出露泉水，多數(shù)泉水流量常年穩(wěn)定，涌水量達(dá)20～30L/s。新10井于1980年9月成井，其井孔結(jié)構(gòu)如圖1（b）所示。井深28m，開孔孔徑146mm至9.2m處，130mm孔徑從9.2m至13.04m，13.04m以下孔徑為110mm。井孔16～24m巖芯破碎，為主要出水段，在該處設(shè)置濾水管。含水層為二疊系紅雁池組硅質(zhì)砂巖和礫巖，厚度約8m，井水位埋深1m左右。2016年10月底對其井水位觀測儀器系統(tǒng)進(jìn)行了改造，安置 SWY-Ⅱ型數(shù)字水位儀，分辨率為1mm，采樣率1s，信息記錄能力明顯提高。

圖1 新10井構(gòu)造位置、九寨溝MS 7.0地震及精河MS 6.6地震震中位置（a）和新10井井孔柱狀圖（b）

2 同震響應(yīng)特征對比分析

圖2（a）為新10井水位對2017年8月8日九寨溝MS7.0、2017年8月9日精河MS6.6地震的同震響應(yīng)分鐘值曲線。由圖2（a）可見，該井水位對九寨溝地震的響應(yīng)形態(tài)為振蕩型，而對精河地震的響應(yīng)形態(tài)為振蕩-階升型，2次地震井水位同震響應(yīng)形態(tài)存在差異。而與新10井水位分鐘值表現(xiàn)形態(tài)有所不同的是，同觀測井的秒采樣水位儀清晰記錄到了2次地震引起的井水位水震波波形（圖2（b）、2（c）），所以，九寨溝地震和精河地震都引起了新10井水位的振蕩變化，前者表現(xiàn)為井水位的振蕩，振蕩后水位很快恢復(fù)平靜；后者亦表現(xiàn)為井水位的振蕩，但振蕩后水位出現(xiàn)升高。以上說明井水位分鐘值采樣記錄到的水震波波形不完整，存在信息缺失，而高采樣率的秒采樣則能更完整地記錄到水震波信息，提高了同震響應(yīng)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖2（b）為新10井水位記錄到的九寨溝MS7.0地震的水震波波形，震中距為1830km，水震波振蕩持續(xù)時間約為3min；圖2（c）為新10井水位記錄到的精河MS6.6地震的水震波波形，震中距為390km，水震波振蕩持續(xù)時間小于1min，持續(xù)時間較短。此外，由圖2還可見，九寨溝地震引起的水震波振蕩周期更長。說明新10井水位經(jīng)歷九寨溝MS7.0地震時，地震波作用時間較長，水震波波形發(fā)育，水位振蕩持續(xù)時間較長；經(jīng)歷精河MS6.6地震時，由于震中距近，地震波作用時間較短，水震波波形不發(fā)育，水位振蕩持續(xù)時間很短。前人研究表明，水震波的持續(xù)時間和振蕩周期與地震波密切相關(guān)（Cooper et al，1965；Sun et al，2015）。

為了進(jìn)一步對比分析該井水震波對地震波的響應(yīng)特征，本文收集了新10井東北方向相距約10km處的水磨溝臺SLJ-100型強(qiáng)震計記錄到的垂向速度波形數(shù)據(jù)。圖3（a）、3（e）分別為九寨溝MS7.0地震引起的新10井水位同震響應(yīng)和相應(yīng)的水磨溝臺垂向分量位移波形；圖3（b）、3（f）分別為精河MS6.6地震引起的新10井水位同震響應(yīng)和相應(yīng)的SMG臺垂向分量位移波形。利用S變換法（Stockwell et al，1996）對2次地震的地震波和水震波進(jìn)行了時頻特征提取，圖3（c）、3（g）分別為利用S變換得到的九寨溝MS7.0地震時新10井水震波與SMG臺地震波垂向分量信號的時頻特征圖，圖3（d）、3（h）分別為利用 S變換得到的精河MS6.6地震時新10井水震波與水磨溝臺地震波垂向分量信號的時頻特征圖。

圖2 九寨溝MS 7.0地震和精河MS 6.6地震引起的新10井水位同震變化分鐘值（a）、8月8日的水震波（b）和8月9日的水震波（c）

由九寨溝MS7.0、精河MS6.6地震引起的新10井水震波形態(tài)（圖3（a）、3（b））與其相應(yīng)的SMG臺地震波垂向分量的形態(tài)（圖3（e）、3（f））可清晰地看到 S波和面波。圖3（c）、3（g）的時頻特征顯示，九寨溝MS7.0地震時，水震波和地震波均存在一個顯著的頻率段，即0.03～0.14Hz（7～33s），而且在 0.06～0.07Hz（14～16s）頻段內(nèi)水位的變幅度最大，幅度值為8mm（紅色表示高值、藍(lán)色表示低值），說明在14～16s頻段內(nèi)新10井水位對地震波引起的地殼變形放大作用最強(qiáng)，而這也是面波（瑞利波）的主要周期成份。圖3（d）、3（h）的時頻特征顯示，精河MS6.6地震時，水震波和地震波都存在2個頻率段，即0.2～0.5Hz（2～5s）和0.04～0.12Hz（8～25s），但相比地震波而言，水震波 8～25s的長周期信號不明顯，水位在 0.25～0.35Hz（3～4s）頻段內(nèi)的變化幅度最大，幅度值為15mm，說明新10井水位在3～4s周期內(nèi)地震波引起的地殼變形放大作用最強(qiáng)，而在8～25s（0.04～0.12Hz）周期內(nèi)的放大作用很小。

圖3 九寨溝 MS 7.0地震和精河MS 6.6地震引起的新10井水震波（a）、（b）及其相應(yīng)的頻譜圖（c）、（d）和水磨溝地震臺記錄到的2次地震波垂直分量（e）、（f）及其相應(yīng)的頻譜圖（g）、（h）

綜上分析可知，新10井水位對九寨溝地震和精河地震的水震波與地震波形態(tài)較為相似，整體來看，地震波幅度較大時，水震波引起的水位變化的幅度也越大。但也存在局部的差異性，新10井水位的水震波和地震波在九寨溝MS7.0地震地震波作用時，二者主要表現(xiàn)為長周期成分，并且一致性較好（7～33s）；而在精河MS6.6地震地震波作用時，二者的短周期成分較一致，水震波的長周期成分幾乎沒有（8～25s），這可能是地震發(fā)生的地點距新10井較近，地震波作用于井水位的時間很短，水震波不發(fā)育所致?？梢姡鸩ㄅc地震波關(guān)系密切，由于井水位的同震響應(yīng)是地表垂直運動和含水層孔隙壓力波動共同作用的結(jié)果，因此，井水位的變化在一定程度上反映了地震波引起的地殼介質(zhì)體應(yīng)變的放大作用與井孔條件、含水層參數(shù)、地震波周期等密切相關(guān)（Cooper et al，1965；Sun et al，2015）。

3 地震波引起的含水層參數(shù)變化

從以上分析可知，地震波作用除了會引起地表介質(zhì)的上下波動之外，還會引起含水層內(nèi)孔隙壓力的波動變化。水震波和地震波（垂向分量）在形態(tài)和頻率上均高度相似，但不同周期的信號引起的水震波的響應(yīng)幅度不同，這與含水層水文地質(zhì)參數(shù)密切相關(guān)，特別是與儲水系數(shù)和滲透系數(shù)有關(guān)（Cooper et al，1965）。而獲取水文地質(zhì)參數(shù)的方法可以分2大類，一類是水文地質(zhì)實驗法（抽水實驗、注水實驗、滲水實驗等），另一類是地下水動態(tài)觀測資料反演。水文地質(zhì)實驗法對于井-含水層系統(tǒng)具有較大擾動，因此，不適合地震監(jiān)測井這類需要連續(xù)無干擾觀測條件的井孔。為獲得地震前、震時及震后含水層滲透性的變化情況，本文將分別從以下2個方面獲取含水層參數(shù)（儲水系數(shù)和滲透系數(shù)）：一方面是利用水震波和地震波的形態(tài)特征反演地震波作用過程中的儲水系數(shù)和滲透系數(shù)；另一方面是利用固體潮分析法，反演地震波作用之前、之后的儲水系數(shù)和滲透系數(shù)，以期為進(jìn)一步探究井水位同震變化機(jī)理提供理論依據(jù)。

3.1 地震波作用過程中的含水層參數(shù)

水位對地表運動的響應(yīng)幅度與儲水系數(shù)、含水層厚度和面波波數(shù)等因素密切相關(guān)，利用水位與垂向位移間的功率譜密度關(guān)系，可以求得井-含水層系統(tǒng)的儲水系數(shù)（Shih，2009）

式中，b為含水層有效厚度；λ為波長，由地震波波速和周期確定；Shh、Sww分別為水位h（t）和地面運動垂向位移w（t）的自功率譜密度，二者數(shù)值相等；Swh、Shw分別為h（t）和w（t）的互功率譜密度。式（1）、（2）、（3）分別為利用水位自功率譜與垂向位移自功率譜的比值、水位自功率譜與水位-垂向位移互功率譜的比值、水位-垂向位移互功率譜與垂向位移自功率譜的比值得到的含水層的儲水系數(shù)，依據(jù)式（1）～（3）可分別得到Shh、Sww以及Swh和Shw的值，從而估算出井-含水層系統(tǒng)平均儲水系數(shù)。

圖4（a）、4（b）分別為九寨溝MS7.0、精河MS6.6地震引起的水位、垂向位移的自功率譜密度和互功率譜密度。由圖4可見，九寨溝地震在0.04～0.07Hz頻段內(nèi)、精河地震在0.5～0.6Hz頻段內(nèi)水位，垂向位移的功率譜密度最大，且一致性較高，因此，可用該顯著頻段的信號來估算儲水系數(shù)（Shih et al，2013）。

新10井含水層在埋深16～24m處（圖1（b）），含水層有效厚度b為 8m，計算波長λ=v／ω時所需的波速v值由震中距除以面波到時與發(fā)震時刻之差獲得，頻率ω取決于圖4中的功率譜密度的最高值。地表運動（地震波垂向分量）的質(zhì)點位移幅度由速度幅度轉(zhuǎn)化得到，即smax=vmax·τ/2π（τ為地震波周期）。依據(jù)式（1）～（3），利用九寨溝MS7.0、精河MS6.6地震引起的水位、垂向位移的功率譜密度關(guān)系，分別估算出新10井含水層平均儲水系數(shù)為2.10×10－5、3.08×10－5（表 1）。由表 1可見，精河地震后新 10井含水層的儲水系數(shù)增大。

圖4 水位、垂向位移的自功率譜、互功率譜密度

表1 水震波和地震波反演九寨溝MS 7.0、精河MS 6.6地震新10井-含水層參數(shù)結(jié)果

在承壓性的井-含水層系統(tǒng)中，井水位對孔隙壓力和地表垂向運動的響應(yīng)可用放大因子（或幅度響應(yīng)比）來表示（Cooper et al，1965）

式中，A為水位對含水層孔隙壓力波動的放大因子；A′為水位對地表垂向位移的放大因子；rw為井孔內(nèi)徑；He為觀測井有效水柱高度；T為導(dǎo)水系數(shù)；S為儲水系數(shù)；τ為地震波周期；ω為地震波頻率；αw為中間變量；g為重力加速度；Kei和Ker為零階開爾文函數(shù)的虛部和實部。依據(jù)Cooper等（1965）、向陽等（2017）和式（4），可反演得到含水層等效厚度和滲透系數(shù)（圖5）。依據(jù)式（4）得到滲透系數(shù)K值，其中，井徑rw=54mm，含水層厚度d=8m，有效水柱高度He=18m，綜上所述，九寨溝地震時新 10井儲水系數(shù)S為 2.10×10－5，滲透系數(shù)K為61m/d；精河地震時新10井儲水系數(shù)S為3.08×10－5，滲透系數(shù)K為147m/d（表1）。

基于以上分析，利用水震波與地震波特征反演的九寨溝MS7.0、精河MS6.6地震新10井含水層參數(shù)表明，精河地震時孔隙度和滲透系數(shù)都出現(xiàn)了不同程度的增大，尤其是滲透系數(shù)增大了1倍左右。說明九寨溝地震和精河地震地震波作用期間新10井的滲透性明顯增強(qiáng)。

3.2 地震波作用前后含水層參數(shù)

以上利用水震波和地震波響應(yīng)特征獲得的是地震波作用過程中新10井的含水層參數(shù)，而且依據(jù)Cooper等（1965）的理論模型，反演的是水平向的含水層參數(shù)，即含水層中應(yīng)力變化與井孔中水位變化之間的關(guān)系。而地震波作用前后新10井-含水層系統(tǒng)水文地質(zhì)參數(shù)的變化則可利用潮汐響應(yīng)（相位滯后與響應(yīng)幅度）來計算，即利用水位對潮汐的響應(yīng)幅度反演含水層儲水系數(shù)，利用相位滯后來反演滲透系數(shù)（Hsieh et al，1987；Roeloffs，1996）。由于儲水系數(shù)不存在方向性，而滲透系數(shù)有方向性，因此，在潮汐參數(shù)相位差為負(fù)值時，可利用Hsieh等（1987）的水平流模型得到水平向含水層參數(shù)；在潮汐參數(shù)相位差為正值時，可利用Roeloffs（1996）的垂向流模型得到垂直向含水層參數(shù)（Shi et al，2016）。本文則采用Venedikow調(diào)和分析法（Venedikov et al，2003）得到新10井水位的相位差為正值，因此，采用了Roeloffs（1996）的垂向流模型計算了2次地震前后含水層垂向參數(shù)的變化，如導(dǎo)水系數(shù)T、儲水系數(shù)S和擴(kuò)散系數(shù)D。

圖5 新10井水位對孔隙壓波動和地表垂直運動的放大因子

由于九寨溝MS7.0、精河MS6.6地震相繼發(fā)生，為了分析新10井水位在地震前后井-含水層水文參數(shù)的變化，本文選取了九寨溝地震前1個月內(nèi)（2017年7月8日～8月7日）和地震之后1個月內(nèi)（2017年8月10日～9月7日）新10井水位數(shù)據(jù)，反演得到了2次地震前后的含水層參數(shù)變化。由于這2次地震之前的2017年7月18日科曼多爾群島海域發(fā)生了MS7.8地震，為了探討該地震對含水層是否也有影響，選取了該地震前1個月的數(shù)據(jù)（2017年6月18日～7月17日）加以分析。圖6所示為Roeloffs（1996）的垂向流模型中擴(kuò)散系數(shù)-相位滯后理論曲線與實際值的對比（擴(kuò)散系數(shù)D與滲透系數(shù)K、儲水系數(shù)S、含水層有效厚度b間的關(guān)系為：D=Kb／S）。由圖6可見，九寨溝MS7.0、精河MS6.6地震前的相位滯后要比地震之后的大，擴(kuò)散系數(shù)要比地震之后的小，而2017年7月18日科曼多爾群島海域MS7.8地震對其影響不大。

利用固體潮分析法反演的新10井-含水層系統(tǒng)各參數(shù)見表2。由表2可見，在含水層儲水系數(shù)不變的情況下，其擴(kuò)散系數(shù)和滲透系數(shù)明顯增大，而且數(shù)值減小了近1倍。

4 討論

通過對比表1（水震波和地震波特征）、表2（固體潮響應(yīng)參數(shù)）2種方法反演的新10井水位在地震波作用期間和地震波作用前后的含水層參數(shù)變化可以看出：①利用Cooper等（1965）的水平流模型反演得到的含水層參數(shù)，其滲透系數(shù)在精河6.6級地震時比九寨溝7.0級地震時大，表明在地震波作用下含水層的水平向滲透性明顯增大；②利用Roeloffs（1996）的垂向流模型反演得到的2次地震前后的含水層參數(shù)，其滲透系數(shù)在2次地震前比地震后明顯偏低，表明地震波作用導(dǎo)致了含水層垂向的滲透性有所減小。而用2種方法反演得到的含水層儲水系數(shù)并未發(fā)生明顯變化，表明地震對儲水系數(shù)的影響較小。另外，由表1、2還可見，新10井-含水層系統(tǒng)儲水系數(shù)值均在10－5量級內(nèi)，而滲透系數(shù)在水平向和垂向存在量級上的差異，水平向為 61～147m/d（表 1），垂向為 20～50×10－5m/d（表 2），表明新 10井-含水層系統(tǒng)內(nèi)的水流方向主要以水平流為主。

圖6 新10井水位潮汐波相位對含水層擴(kuò)散系數(shù)D的響應(yīng)

表2 固體潮分析法反演新10井-含水層參數(shù)結(jié)果

由前人研究結(jié)果可知，地震波作用可導(dǎo)致含水層滲透性增強(qiáng)（Shi et al，2016；Sun et al，2015），本文分析結(jié)果與此相同。如圖7所示，新10井-含水層系統(tǒng)既有水平向的井孔-含水層間的水流交換，也有垂向的含水層-弱透水層間的水流交換，地震波作用之后，水平向的滲透系數(shù)增加，垂向的滲透系數(shù)減小，其井孔水位也出現(xiàn)上升變化（圖2（a））。而水平向的滲透性增加主要是由于地震波作用過程中，周期性的張壓作用導(dǎo)致孔隙內(nèi)的水流發(fā)生快速移動，使孔隙內(nèi)的填充物重新排列或移動，也即當(dāng)?shù)卣鸩ù┻^含水層系統(tǒng)時，周期性的水流作用使水流通道從堵塞變?yōu)槭柰?，最終導(dǎo)致含水層的滲透性增大。

由于新10井含水層內(nèi)的水流作用主要以水平向的為主，地震波作用導(dǎo)致的滲透性增加也以水平向為主，在含水層儲水系數(shù)變化不大的情況下，水平向的水流作用增強(qiáng)也會導(dǎo)致垂向水流交換的減弱。所以，如圖7所示，2次地震之后水平向的水流交換增強(qiáng)（水平向滲透系數(shù)增大），而垂向水流交換減弱（垂向滲透系數(shù)減小）。從圖2水位曲線亦可見，精河6.6級地震后水位出現(xiàn)了更為明顯的上升變化，表明精河6.6級地震引起了新10井含水層水平向滲透性明顯增強(qiáng)。

儲水系數(shù)和滲透系數(shù)是含水層系統(tǒng)中2個最重要的參數(shù)。儲水系數(shù)是含水層水頭變化1個單位時，從底面積為1個單位、高等于含水層厚度的柱體中所釋放（或儲存）的水量；滲透系數(shù)是當(dāng)水力坡度為1時，水在介質(zhì)中的滲流速度，它是描述介質(zhì)滲透能力的參數(shù)。水震波和地震波方法（表1）與固體潮方法（表2）得到的儲水系數(shù)在量級上一致，而滲透系數(shù)明顯不同。已有研究表明，含水層滲透系數(shù)并不是恒定不變的參數(shù)，它會隨外力作用于井-含水層系統(tǒng)程度的不同而表現(xiàn)出不同的變化（Candela et al，2014）。本文采用水震波與地震波的方法反演得到的滲透系數(shù)明顯大于采用固體潮方法反演得到的滲透系數(shù)，這是因為地震波引起的水震波振蕩周期較短，而且短時間內(nèi)含水層與井孔之間的水量交換大，水流速度快，因此，反演得到的這一時段的平均滲透系數(shù)偏大；而固體潮作用于水位的周期很長，變幅小，水流速度基本比較穩(wěn)定，含水層與井孔之間水量交換緩慢，所以，得到的滲透系數(shù)偏小。這說明周期性的外力作用不會改變含水層系統(tǒng)的儲水能力，但會影響含水層系統(tǒng)的滲透能力，即滲流速度。另外，由于新10井成井時沒有保存抽水實驗數(shù)據(jù)，故無法計算其實際的滲透系數(shù)，因此，只能通過反演的方法（水震波、固體潮響應(yīng)）得到其等效值。

圖7 新10井-含水層系統(tǒng)變化示意圖

5 結(jié)論

本文基于新10井水位對九寨溝7.0級、精河6.6級地震的同震響應(yīng)認(rèn)識，分別利用水震波與地震波以及固體潮調(diào)和分析法，反演了新10井水位在地震波作用期間和地震波作用前后的含水層參數(shù)，并在此基礎(chǔ)上，分析和討論了新10井水位同震變化特征及其可能的響應(yīng)機(jī)理，得出以下初步結(jié)論。

（1）新10井水位對九寨溝地震、精河地震的同震響應(yīng)形態(tài)不同，前者表現(xiàn)為水位振蕩—平穩(wěn)，后者表現(xiàn)為水位振蕩—上升。

（2）利用水平流模型反演所得的新10井含水層滲透系數(shù)，在九寨溝地震時為61m/d，而在精河地震時為147m/d，表明地震波作用導(dǎo)致水平向的滲透性增強(qiáng)。

（3）利用垂向流模型反演得到的新10井含水層滲透系數(shù)，在2次地震之前約為49×10－5m/d，之后約為18×10－5m/d，表明地震波作用導(dǎo)致垂直向的滲透性減弱。

致謝：新疆維吾爾自治區(qū)地震局監(jiān)測中心為本項研究提供了水磨溝臺地震波形數(shù)據(jù)，這對本文研究及取得的認(rèn)識至關(guān)重要，在此表示衷心的感謝。