潮汐因子概念

潮汐因子（tide factor）：在地面上用儀器可觀測到的固體潮有海潮平衡潮、重力固體潮、地傾斜固體潮、經(jīng)緯度固體潮，它們與剛體地球模型的相應(yīng)的固體潮的比值分別稱為海潮平衡潮、重力固體潮、地傾斜固體潮和經(jīng)緯度固體潮的潮汐因子。分層均勻彈性球狀地球模型的潮汐因子是不同勒夫數(shù)的線形組合。

運(yùn)用多分量的應(yīng)變固體潮觀測結(jié)果，可以計算出固體潮的主應(yīng)變方向、主應(yīng)力大小數(shù)值或剪切應(yīng)變值，這些參數(shù)對研究地震觸發(fā)、短臨信息、斷層活動和斷層破裂等有重要意義。在以往的研究中，考慮到儀器的套筒內(nèi)徑、套筒外徑、圍巖等效楊氏模量和泊松比、套筒材料的楊氏模量和泊松比有比較復(fù)雜的關(guān)系。雖然認(rèn)識到巖石的各項異性會對觀測結(jié)果的分析產(chǎn)生一定的影響，但在分析時多采用巖石各向同性介質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行研究分析。本文在研究中，采用巖石彈性模量各向異性的應(yīng)力－應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系，利用引潮力作為加載力源，對分量應(yīng)變觀測資料進(jìn)行調(diào)和分析研究。

潮汐因子方法原理

砂巖單軸加載實驗結(jié)果與采用Lekhnitskii理論推出的各向異性本構(gòu)預(yù)測值均得出砂巖彈性模量遵循近似橢圓規(guī)律變化。由于地殼中存在大量定向排列的EDA微裂隙，而EDA微裂隙優(yōu)勢排列方向與原地主壓應(yīng)力方向一致，依據(jù)臺站記錄的地震波記錄利用S波偏振的方法可以反演該區(qū)域的主壓應(yīng)力方向。受引潮力作用，地球的形變及其引起的附加位變化，是能預(yù)先準(zhǔn)確計算出理論值的物理量，潮汐因子即固體潮觀測振幅和理論振幅的比值，與巖石彈性模量負(fù)相關(guān)，不同方位角的巖石彈性模量不同，其固體潮潮汐波調(diào)和分析結(jié)果也不同，理論上應(yīng)變固體潮潮汐因子為一有規(guī)律的橢圓。對四分量鉆孔應(yīng)變的觀測資料調(diào)和分析并進(jìn)行橢圓擬合，把結(jié)果與S波偏振得出主壓應(yīng)力方向進(jìn)行對比分析，潮汐橢圓的長、短軸方位應(yīng)分別對應(yīng)最小、最大主壓應(yīng)變方向。

潮汐因子結(jié)論與運(yùn)用

通過資料分析，徐州分量應(yīng)變受其附近的水庫水位變化的影響較為明顯，應(yīng)變變化和斷層方向無關(guān)，江寧分量應(yīng)變在句容ML3.6地震前的變化，具有十分明顯的方向性，即平行于斷層方向的變化最大，垂直于斷層方向的最小。

潮汐橢圓擬合結(jié)果與其理論值相反，即潮汐橢圓長、短軸方位分別對應(yīng)最大、最小主壓應(yīng)變方向。綜合其他參考資料分析認(rèn)為，潮汐因子的各向異性主要受其附近斷裂走向的影響，斷裂分別對平行和垂直其走向的引潮力有增強(qiáng)和減弱作用，分量應(yīng)變潮汐因子的大小受臺站實際接收的引潮力大小影響較大。由于橢圓潮汐長軸方位和主壓應(yīng)變場方位具有很好的一致性，利用其方位角與主壓應(yīng)變場的對應(yīng)關(guān)系，研究震前主壓應(yīng)力場的變化具有一定的實用意義。

水位的固體潮效應(yīng)是含水層在日、月起潮力作用下，產(chǎn)生固體潮體應(yīng)變的反映。這種含水層的體應(yīng)變使其孔隙中的流體壓力產(chǎn)生潮汐波動，迫使水在井孔與含水層之間產(chǎn)生潮汐滲流，從而形成了井孔內(nèi)水位的潮汐變化。大量的地下水位觀測事實表明，一個好的承壓井的地下水位變化，能反映出地球潮汐體應(yīng)變的變化。因此，對地球潮汐提應(yīng)變的分析完全適合于對地下水位觀測資料的分析。地震孕育是震源區(qū)內(nèi)介質(zhì)的變形、損傷并導(dǎo)致失穩(wěn)的過程，即震源區(qū)介質(zhì)的損傷、演化、破壞過程。根據(jù)震源區(qū)介質(zhì)受構(gòu)造應(yīng)力作用后的破壞過程這一非線性系統(tǒng)失穩(wěn)的自然現(xiàn)象，利用潮汐因子變化分析方法，進(jìn)行計算、分析和研究，以期識別和提取本地區(qū)井水位的地震短臨異常前兆信息。

潮汐因子通河靜水位測量井基本情況

通河臺地理構(gòu)造于伊春—延壽地槽北段，北東向依舒斷裂、東西向通河斷裂、北西向岔林河斷裂。其中靜水位測量井位于臺站院內(nèi)，井深200米，數(shù)據(jù)產(chǎn)出質(zhì)量較穩(wěn)定。靜水位主要采用LN－3A數(shù)字水位儀，水位探頭埋深為7.24米，可以很好的反映地下水固體潮汐效應(yīng)。水位傳感器每月標(biāo)定合格，沒發(fā)現(xiàn)外界環(huán)境對觀測數(shù)據(jù)有影響，地下水類型屬孔隙承壓水，其下也有較厚的粘土層隔水層。

潮汐因子井水位固體潮分析原理與方法

地殼在日、月起潮力的作用下，會產(chǎn)生相應(yīng)的固體潮體應(yīng)變，這種應(yīng)變使含水層孔隙中的流體壓力產(chǎn)生波動。在鉆孔穿透含水層后，含水層和井內(nèi)的壓力差使水流流入（或流出）井孔，井水水位就會出現(xiàn)相應(yīng)的潮汐波動，這種由固體潮應(yīng)變引起的水井水位的潮汐現(xiàn)象，就是水井水位的固體潮效應(yīng)。

井水位固體潮效應(yīng)的機(jī)理為因地球表層潮汐應(yīng)力大小隨地球與天體在運(yùn)動中的相對位置的變化而有規(guī)律的變化，地下水位也必然隨之產(chǎn)生有規(guī)律的升降變化。當(dāng)潮汐應(yīng)力增大時，含水巖體發(fā)生膨脹，含水空隙水壓降低，井水位下降。反之，井水位上升。設(shè)水柱高度含水層層壓為P，P為大氣壓力，σ為潮汐應(yīng)力，γ為水的密度，則水位與潮汐應(yīng)力的平衡方程為：

由此可以看出，井水位h隨著潮汐應(yīng)力σ的變化而變化，且與σ反向。井水位潮汐因子是將水位觀測值△h轉(zhuǎn)換為固體潮觀測值C后與固體潮理論值△g的比值：

潮汐因子震例分析

構(gòu)造地震是地球內(nèi)部某些特殊構(gòu)造部位應(yīng)力不斷積累、增大、以致超過巖石強(qiáng)度極限時，地殼巖石突然破裂而產(chǎn)生的一種自然現(xiàn)象。國內(nèi)外的研究結(jié)果表明，在地震孕育的廣闊范圍內(nèi)，巖層中的應(yīng)力積累、應(yīng)力狀態(tài)都會引起地下水介質(zhì)體系的變化，臨陣階段，巖石中裂隙的迅速擴(kuò)展、震時破裂、在構(gòu)造斷裂帶附近，若含水層組之間有水力聯(lián)系，則深層承壓水還可攜帶深部組分沿斷裂帶上涌，與淺水層混合，這些來自地殼深部的信息就會直接被觀測到。通過對通河地震臺近5年來地下水位的長期觀測，總結(jié)出通河地震臺水位潮汐因子01波正常值范圍：（0.0003~0.006），周日波正常值范圍：（0~0.0024），發(fā)現(xiàn)01波與周日波在超出正常范圍出現(xiàn)高值或低值后，間隔幾天后在周圍區(qū)域均發(fā)生地震，總結(jié)2007年至2012年出現(xiàn)幾次的異常次數(shù)與地震的對應(yīng)關(guān)系。圖1紅色線范圍為01波正常變化值范圍，在正常變化范圍外有4次異常，而且異常形式為單個時間點異常與時間域異常，分別對應(yīng)4次地震。而周日波在正常范圍外出現(xiàn)5次高值異常，在出現(xiàn)高值異常后均出現(xiàn)5次地震。黑龍江省發(fā)生地震次數(shù)較少（圖2），發(fā)現(xiàn)發(fā)生地震與異常都能很好的對應(yīng)，具體對應(yīng)地震關(guān)系見（表1、表2）。

潮汐因子排除干擾

通過對通河地震臺靜水位近6年的觀測數(shù)據(jù)曲線動態(tài)特征分析，刪除由于干擾造成的數(shù)據(jù)波動，取正常時段靜水位觀測數(shù)值，進(jìn)行潮汐因子變化分析，靜水位開始觀測以來。嚴(yán)格遵守《地震地下水觀測規(guī)范》的要求，水位內(nèi)精度較高，連續(xù)率較好。而且水位觀測近6年來未發(fā)現(xiàn)有外界干擾源對其數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾。

潮汐因子通河靜水位潮汐因子變化異常映震分析

根據(jù)上述所列水位異常與地震對應(yīng)關(guān)系的資料，通河1號井靜水位潮汐因子異常的映震特征可歸納為以下兩點：

（1）01波與周日波出現(xiàn)異常時間點后發(fā)震，震前01波與周日波潮汐因子出現(xiàn)單點異常高值或異常低值，而且消失后都在未來幾天后發(fā)生地震。

（2）01波在異常時間域內(nèi)發(fā)震，即在01波出現(xiàn)異常時間域，發(fā)現(xiàn)周圍區(qū)域發(fā)生地震的時間與異常時間域?qū)?yīng)。

潮汐因子結(jié)論與討論

通過潮汐因子變化分析可以有效的提取地下流體水位數(shù)字化觀測資料的有震異常信息，分析認(rèn)為，地震孕育過程是一個非平穩(wěn)過程，異常信號疊加在平穩(wěn)的背景上，利用地下水位對潮汐應(yīng)力的響應(yīng)，分析含水層對一些地震孕育過程中應(yīng)力變化的響應(yīng)，統(tǒng)計異常和地震對應(yīng)的關(guān)系，對異常信息分析總結(jié)，將有助于揭示地震孕育與發(fā)生的某些規(guī)律。 2100433B

潮汐能（tide energy） 海水周期性漲落運(yùn)動中所具有的能量。其水位差表現(xiàn)為勢能，其潮流的速度表現(xiàn)為動能。這兩種能量都可以利用，是一種可再生能源。由于在海水的各種運(yùn)動中潮汐最守信，最具規(guī)律性，又漲落于岸邊，也最早為人們所認(rèn)識和利用，在各種海洋能的利用中，潮汐能的利用是最成熟的 。

我國沿海有許多重要淺水港口，如上海、廣州等。這類港口由于航道較淺，對潮汐預(yù)報的準(zhǔn)確度要求就比較高，而這些地區(qū)的潮汐預(yù)報誤差一般較大。除了氣象影響在這些地區(qū)表現(xiàn)得更激烈之外，從潮汐本身而言，主要是由于在淺水區(qū)域非線性效應(yīng)不可忽視，潮波波形常常產(chǎn)生顯著的畸變。

在潮汐預(yù)報中，由于淺水潮汐的復(fù)雜性，一般采用調(diào)和方法(例如杜德森( 1928 ) 提出的60個分潮。往往不能獲得滿意效果。為此，杜德森曾子1957 年提出了一個直接對高低潮進(jìn)行淺水改正的方法。這個方法雖然使高低潮的預(yù)報準(zhǔn)確度有了提高，但把它應(yīng)用到逐時潮高預(yù)報上則有許多困難和不便之處。

近年來，通過譜分析，先確定比較重要的分潮， 后再進(jìn)行調(diào)和分析和預(yù)報的方法， 在國外頗為流行。

但它存在著下面幾個問題：

（1）淺水分潮的重要性往往是因地而異的。例如英國和美國曾分別對泰唔士河口及安科雷季的潮汐記錄進(jìn)行了譜分析， 業(yè)將調(diào)和分潮的個數(shù)分別增加到113 個和115 個。但是在這兩個地方選出的淺水分潮差別很大。這樣一來，在進(jìn)行潮汐分析和預(yù)報時就必須在不同的港口采用不同的淺水分潮，這在實際工作中是一件相當(dāng)麻煩的事情。

（2） 在淺水分潮中常常有這樣的情況，即來源于不同源分潮的淺水分潮具有相同的或十分接近的周期。到目前為止，通常的處理方法是根據(jù)源分潮的重要性，確定其中一個為主的淺水分潮，然后在分析和預(yù)報時就只考慮這一個淺水分潮的存在。這自然會給計算帶來誤差。

（3）在淺水港口， 往往存在大量小振幅然而又是不可忽略的高頻振動。它們的影響一般主要表現(xiàn)在潮時預(yù)報方面。由于它們的振幅校小，在調(diào)和分析時常常由于偶然因素的影響，使得這些分潮的遲角出現(xiàn)較大誤差。

上述問題給調(diào)和方法的廣泛使用帶來一定的困難。

根據(jù)工作實踐，如果把調(diào)和方法同非調(diào)和方法結(jié)合起來，常常可以取得較好的預(yù)報效果。例如從1966年開始， 我們曾采用一種簡單相關(guān)法對我國十幾個淺水港口的低潮時預(yù)報進(jìn)行了改進(jìn)，效果良好。