浅析四川水位水温观测资料变化与地震趋势预测.doc

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1、浅析四川水位水温观测资料变化与年度地震趋势预测邱桂兰，杜方，官致君，杨贤和，杨虹( 四川省地震局，四川 成都 610041)摘要: 清理了 2000 年以来四川省年度会商报告中涉及的水位、水温观测的异常资料及运用这些异常资料进行年度地震趋势预测的情况，分析了运用单学科观测数据进行地震趋势预测的优势和存在的问题，探讨了历年来比较 可信的分析方法及准确预测和虚报的原因，提出了利用水位、水温观测数据在地震分析预报工作方面的一些建议。 关键词: 水位; 水温; 地震趋势预测中图分类号: P315. 723文献标识码: B文章编号: 1001 8115 ( 2011) 01 0026 08四川地区水位观

2、测最早始于 1980 年，水温观测最早始于 1975 年。在历史资料及震例研究中，对一部分井、泉在部分中强以上地震前的异常形态、异常时间、异常幅度等进行过详细、大量的研究和总结，也得出过如 “九五” 攻关和 “十五” 攻关研究的一系列地下水物理观测长、中、短、临预测、预警指标，总结出了一些研究方法。但对四川地区水位、水温观测在四川地区的趋势预测方面的研究不多。为了对过去 10 年四川省水位、水温观测工作在地震趋势预测、预报方面有一个更加全面的了解，我们尽可能了解 相关资料，就四川省的水位、水温观测对地震趋势预测、预报情况进行清理、回顾和总结，希望对过去成 功预测震例进行研究，吸取过去的成功预测

3、经验，继承过去工作的优良传统，寻求更加有效的地震预测方 法，进一步丰富和完善地下流体学科地震预报的科学思路，使地下水物理观测在地震监测预报、防震减灾 中发挥更大作用。1四川省水位水温观测概况表 1 是 2000 2010 年四川省水位、水温观测仪器台项与异常台项统计表。此表显示四川省水位、水温观测台项较多，总体运行良好。在 2000 2004 年间，时值 “九五” 观测项目运行，水位和水温观测 井、泉台项数逐年增加; 2005 2006 年间，观测仪器故障率增加，台项数目在减少。2007 年以后， “十 五” 观测项目启动，水位、水温观测台项达到鼎盛时期，尤其是水温观测于 2008 年达到了

4、40 台项 ( 以 上资料来源于四川省地震局前兆数据库) 。从空间位置上看，四川地区的地下流体物理观测井、泉点主要 围绕龙门山断裂、安宁河断裂、鲜水河断裂分布。井、泉点的布设，间距最小的测点为 150 m，最大的测 点间距为 660 km，井的分布密度为 0. 27 个每万平方千米。水位观测项目中，井最深为 5 240 m，井最浅3. 12 m。地下水观测类型有: 裂隙水、潜水、地表潜水。其中以观测裂隙水为多，占观测井的 90%3，4。与地震发生有对应的观测台项，2006 年以前，水位异常项次明显多于水温。2007 年以后，两者异常项次相当，有效异常台项次数明显减少。历年的平均观测异常概率水位

5、为 32. 2% ，水温为 8. 3% ，水位总体异 常概率明显高于水温异常概率。2年度地震趋势 ( 危险区)预测概述收稿日期:2010 09 16;修回日期:2010 10 11作者简介: 邱桂兰 ( 1972 ) ，女，四川中江人，工程师 . 主要从事地震分析预报工作 .2000 年至 2009 年，根据水位和水温异常观测资料，共做出年度地震趋势预测 10 次，提出地震危险区 19 个，值得注意的地震危险区 5 个。在以上 24 个区域中，报准地震危险区 4 个，报准率为 16. 7% ; 虚 报地震危险区 16 个，虚报率为 62. 5% ; 时间、地点预测基本正确、震级预测有偏差的 2

6、 次; 时间、震级 预测正确，地点有偏差的 2 次; 漏报 2 次。报准的 4 个地震危险区包含的地震分别是 2001 年 5 月 24 日盐 源 5. 8 级地震、2001 年 10 月 27 日云南永胜 6. 0 地震、2003 年 7 月 21 和 10 月 16 日云南大姚的 6. 2、6. 1 级地震、2008 年 8 月 30 日的攀枝花 6. 1 级地震及 2009 年汶川余震区地震。时间、地点预测正确，震级有 偏差的地震分别是: 2002 年 8 月 8 日新龙 5. 4 级地震、2005 年 8 月 5 会东 5. 3 级地震。时间、震级预测 正确，地点有偏差的 2 次地震是

7、: 2004 年 8 月 10 云南鲁甸 5. 6 级地震、2007 年 5 月 7 日西藏妥坝 5. 6 级 地震。3趋势预测分析3. 1 年度地震危险区预测分析根据地下流体物理动态预测地震的基本思路是在排除干扰的基础上，在对单井异常进行判别的同时，利用多井异常特征参量来判定地震发生的三要素。并通过不同层次的分析，即单井与群井、点与面、局部与区域异常动态的综合，跟踪异常时空强演化发展，把握临震信息，最终作出较为全面的地震发生三要素 预测。一般情况下，运用地下流体学科物理动态观测数据进行地震发生趋势三要素的预测，主要依据以前 震例研究中统计出来的地下流体的各种物理动态异常特征参量与地震三要素之

8、间的定量、半定量或定性的 关系来进行。通常需满足以下条件: 动态观测数据异常标志具有明确的物理意义，与地震三要素之一有 明确的内在联系; 动态观测数据异常标志在多数地震前有所表现; 动态观测数据异常标志与地震三要 素之间有较好的相关关系; 动态观测数据异常标志基本能给出比较明确的判定指标，在实际应用上有可 操作性。3. 1. 1 对年度地震危险区预测报准情况的分析( 1)2001 年危险区预测分析2001 年年度地震趋势研究报告中报准的地震危险区是: 2001 年 12 月以前，以 N26，E102 为中心，周围 200 km 范围内，存在发生 Ms6. 0 6. 5 级地震的可能。实际发生的

9、地震是: 2001 年 5 月 24 日盐源5. 8 级地震、2001 年 10 月 27 日云南永胜 6. 0 地震 ( 参见图 1) 。表 1 四川省水位、水温观测年度异常情况统计模拟观测 / 套九五观测 / 套十五观测 / 套异常概率 / %合计异常项次年 份水位水温水位水温水位水温水位水温水位水温水位水温2000121112117158. 39200112133315161026712. 520022127332430121503. 320032227332530101403. 320042126332429632510. 3200519243322276227. 37. 420061

10、9243322279540. 918. 5200718243381029374313. 88. 1200817253381228403210. 7520091525338112639227. 75. 1201013241181122363313. 68. 3平均32. 28. 328四川地震2011 年第 1 期图 1 2001 年地震危险区、异常井点及 5 级以上地震分布2000 年，四川地区的主要水位动态观测数据异常有: 石棉 02 井、西昌 03 井、攀枝花 05 井、会理 18井、德阳 08 井、安县 09 井、江油 10 井、邛崃 22 井、泸州 13 井、小金 07 井 ( 参见图

11、 2 ) 。距离 2001 年2 月 14 雅江 5. 0 级地震、2001 年 2 月 23 日雅江 6. 0 级地震、2001 年 5 月 24 日盐源 5. 8 级地震和 2001 年10 月 27 日云南永胜 6. 0 级地震较近，相对具有预测意义的井点有石棉 02 井、西昌 03 井、攀枝花 05 井、会理 18 井的水位异常。以上 4 口异常井点均分布在安宁河断裂西侧，石棉 02 井、攀枝花 05 井、会理 18井的水位在地震前均表现为下降异常，西昌 03 井水位表现为上升异常1。异常开始时间最早的是 2000 年7 月，最晚的是 2000 年 10 月，结束时间均是 2000 年

12、 9 月至 10 月，异常持续时间都较短。以上水位异常 中，石棉 02 井的异常变化幅度最大，距离雅江地震最近，攀枝花 05 井距离永胜地震最近，变化幅度不及 会理 18 井。从异常开始和结束时间看，很难准确判断哪口井的水位异常具体反映的是哪一个地震。但以 上井点的异常幅度表明，震级的大小与井震距关系不明显。究其原因，估计与井所在的地质构造、观测环 境、仪器工作状况及震中所在地区的地质构造等有密切关系。2000 年度，水温观测异常不明显。( 2)2003 年危险区预测分析2003 年年度地震趋势研究报告中报准的地震危险区是: 2003 年 12 月底前，以盐源为中心，200 km范围内，存在发

13、生 Ms6 0. 5 级地震的可能。实际发生地震是: 2003 年 7 月 21 和 10 月 16 日云南大姚的6. 2、6. 1 级地震 ( 参见图 3) 。2002 年，四川地区的水位动态观测数据异常有: 石棉 02 井、西昌 03 井、攀枝花 05 井、会理 18 井、德阳 08 井、安县 09 井、江油 10 井、蒲江 11 井、南溪 12 井、邛崃 22 井。水温观测数据异常有: 道孚 54 温泉。距离大姚两次 6 级地震、盐源 5. 0 级地震和鲁甸的两次 5 级地震比较 近的井有: 石棉 02 井、西昌 03 井、攀枝花 05 井、会理 18 井、南溪 12 井 ( 参见图 4

14、 ) 。以上各异常水位 观测最大的特点是距离地震较近的西昌 03 井、攀枝花 05 井和会理 18 井的水位均为上升，而震中距稍远 的石棉 02 井和南溪 12 井水位均为下降。异常开始时间显示，大多异常始于 2002 年 1 至 4 月，结束时间 最早的是攀枝花 05 井，于 2002 年 3 月结束。较晚的有石棉 02 井、西昌 03 井，于 2002 年 9 月。最晚的是 会理 18 井，至年度会商时异常还未结束1。2002 年度的异常显示，对于群井而言，异常最早结束与异常图 22000 年四川地区水位日均值异常分析图 3 2003 年度地震危险区、异常井泉点及 5 级以上地震分布30四

15、 川 地 震2011 年第 1 期最晚结束距离未来地震最近。其它 6 级以上地震是否也有这样的情况，值得在更大范围，对更多震例进行研究。对大姚地震的研究还显示，水位的上升幅度与地震无明显关系，会理 18 井反映大姚地震的可能性更大。( 3) 2008 年危险区预测分析2008 年年度地震趋势研究报告中报准的地震危险区是: 川滇交界东侧的四川普格、会东、云南元谋、东川及其附近地区 5 6 级地震危险区。实际发生的地震是: 2008 年 8 月 30 日的攀枝花 6. 1 级地震。2007年，四川地区的水位异常有: 小金 07 井、蒲江 11 井、泸州 13 井。水温异常主要有: 道孚玉科 53

16、泉、普格 65 泉。距离攀枝花地震最近、最有意义的是普格 65 泉水温的破年变趋势异常。( 4)2009 年危险区预测分析2009 年年度地震趋势研究报告中报准的地震危险区是: 汶川地震余震区为 2009 年度 6 级地震危险区。实际发生的地震有: 2009 年 1 月 15 日汶川 5. 1 级地震、2009 年 6 月 30 日绵竹 5. 6、5. 0 级地震、2009 年 9 月 19 日陕西宁强县 5. 1 级地震、2009 年 11 月 28 日彭州 5. 0 级地震。2008 年，四川地区的水位异常有: 蒲江 11 井、德阳 08 井。水温异常有: 甘孜 15 泉、巴塘 305K5

17、8 泉。距离绵竹地震最近、最有预测意义的是德阳 08 井和蒲江 11 井水位。德阳 08 井距离绵竹地震最近，异常表现为天然气量减少 50% ，蒲江 11 井水位表现为上升。以上异常的最长持续时间为两个月。综合以上 4 次成功预测震例研究，2001 年、2003 年和 2009 年的水位异常相对集中，危险区异常为 2 台项以上。水温异常比较集中的有 2008、2009 年。以上成功预测震例研究表明，地震发生在水位上升或 下降异常集中的地方，但水位异常集中的地方不一定发生地震; 地震很少发生在水位的上升和下降的分界 处; 水温异常主要表现为数据变化出现上升、下降或破年变的情况。3. 1. 2对年

18、度地震危险区预测虚报情况的分析2000 年至 2009 年，运用水位、水温观测异常进行地震活动趋势预测，虚报的共 15 个危险区和值得注意区。分析虚报的原因估计有以下几个方面:( 1 )异常井、泉点比较集中，却没有发生地震，很可能图 4 2002 年四川地区水位日均值异常分析水位、水温的异常变化反映的是断裂本身及附近地区地壳活动情况，但这些异常变化还未达到造成地表破裂，甚至发生地震的程度;地震的预测范围不好把握;( 2 )( 3 )全川井、泉点分布范围广，布局合理性欠佳，监测能力不均匀，对未来异常井、泉点数量多，但分散，或异常井、泉点数量少，在综合考虑多种因素的情况下，一些监测能力差，但容易发

19、生地震的地方，异常少也可能被划入地震危险区，而异常井、泉点多的地区，可能异常信度偏低，不一定被划入危险区;( 4)2000 年至 2006 年，井、泉点大多数是模拟观测和 “九五” 观测，水位观测异常频次高，水温异常频次低。2007 年后，模拟水位和模拟水温在测项目减少，增加了 “十五” 项目观测，总的观测项目增加了，观测模式结构发生了改变，导致异常及异常信度等都发生了改变;( 5 )地震前兆异常的复杂性决定了井、泉点的异常不能作为危险区划分的唯一标准。总之，历年的地下水物理观测异常和震例研究表明，水位观测反映的异常情况多于水温，水位、水温观测异常不能完全综合反映某一区域内的地震及地壳活动变化

20、情况。如果仅运用水位、水温观测 异常的开始或结束时间、异常变化幅度、异常形态及相关数学分析法来判断未来地震的时间、地点和震 级，仍然有相当难度。3. 2 异常判定方法根据地下流体物理动态观测数据进行异常的判定方法通常为图形判读和数学分析方法，并根据变化情 况进行地震异常信息的提取。图形判读法就是采用直接读取、统计、量取的图形进行判读。数学分析法是 以明确的物理依据为基础的，通过对水位、水温干扰源及干扰因素的分析，采用相应的数学方法对观测数 据进行处理，逐项排除其干扰因素，提取异常信息，或逐个拟合、推演预测未来某一时期、某一时刻的水 位、水温变化的方法。四川的年度地震趋势预测中，我们是在采用已有

21、观测资料的基础上，运用以上方法 进行分析与研究，并且还采用了经验分析与数学处理相结合的方法。2005 年以前，地下流体物理动态观 测以模拟观测和 “九五” 观测手段居多，异常项目相对集中于水位观测手段，水温观测异常变化相对较 少。对水位、水温的分析方法，我们主要采用了滤波、平滑、去周期、滑动平均、动态灰箱、拟合、趋势 分析、形态分析、“八五” 方法、“九五” 方法、经验识别、相关矩平滤波等图形判读和数学分析相结合 的分析方法 ( 参见表 2) 。2005 年后，短临异常减少，趋势变化增多，我们使用的分析方法相对减少，提 取异常主要采用了趋势分析、形态分析等经验分析与数学处理相结合的分析方法。结

22、合成功震例研究，分 析方法主要采用了滑动平均、动态灰箱、契氏拟合、趋势分析、形态经验分析、 “九五” 研究成果等方 法。以上分析方法中，滑动平均法、契氏拟合、趋势分析、形态经验分析是多年来水位、水温地震预测分 析的常用方法，也是在水位、水温异常分析方面效果较好的方法。3. 3 年度地震活动水平预测2000 年至 2009 年，根据水位、水温观测异常资料，我们共作出 10 次年度地震活动水平预测。在 10 次预测中，有 6 年的预测水平比实际发生地震水平高，实际发生地震震级偏低。2001 年、2004 年和 2009 年的预测水平与实际发生地震活动水平相当。2008 年的预测水平比实际发生地震水

23、平低。地震活动水平 预测的正确率为 30% 。4地下流体物理动态观测在地震预测预报中的优势及存在的问题4. 1 优势( 1)我国 40 多年的地震监测预报实践及研究表明，地下流体物理动态观测数据变化对地震具有明显的映震能力，并已经在地震预报中发挥了重要作用，成为地震预报最有效的手段之一;( 2 )地下流体观测的物理量明确，观测方法简单直观，能灵敏地反映岩体微小的应力、应变状态变化，是地壳应力、应变状态的一种指示器;( 3 )地下流体物理动态观测时间长，积累的历史资料多，记录的震例多，有利于更加细致地对大范围的水物理观测进行深入研究，尤其是 “九五” 攻关和 “十五” 攻关研究出了一系列地下水物

24、理观测长、中、短、临预测、预警指标及研究方法，为后续的研究工作提供了宝贵的经验并打下坚实的基础;( 4 )水位、水温观测台点在四川省的分布已达一定规模，有的台点虽然仪器老化，干扰多，但只需在原来的基础上改造升级和加强环境保护，便可以成为优秀的观测台点。32四 川 地 震2011 年第 1 期表 2水位、水温年度趋势预测情况统计年份预测地点 ( 危险区范围)分析方法实际发生地震预测情况滑动 平 均、 动 态 灰 箱、 契氏拟 合、 趋 势 分 析、 形 态 分析、85 方法、95 方法1. 以石棉为中心 200 km 范围 Ms5. 6 0. 42. 以黑水为中心 150 km 范围 Ms5.

25、4 0. 32000无虚报1. 以 N26 ，E102 为 中 心，200 km，2001. 12 以前，Ms6. 0 6. 5;2. 以 N32 ，E103 为 中 心，150 km，2001. 12 以前，Ms5. 0 6. 0。“九五” 研究成果、滑动平均法、 动 态 灰 箱、 契 氏 拟 合、趋 势 分 析、 形 态 经 验 分析等方法2001. 02. 142001. 02. 232001. 05. 24雅雅盐江江源5. 0;6. 0;5. 8;危险区 1 预测准确;危险区 2，虚报。20012001. 10. 27 永胜 6. 0地 点 预 测 正 确，震 级 预 测 有 偏差。以

26、 29 00 N，101 30 E ( 九龙)内，M6. 0 0. 3。为中心，200 km五点 平 滑、 动 态 灰 箱、 契氏拟合、日均值曲线分析2002. 08. 08新龙 5. 420021. 未来一年，以盐源为中心，200 km 内，2003 年12 月底前，Ms: 6 0. 5;2003. 8. 212003. 11. 152003. 11. 262003. 07. 21盐 源5. 0;5. 1;5. 0;6. 2;危险区 1 预测准确;危险区 2 和危险区 3，虚报。鲁昭大甸通姚2.以 32 00 N，103 00 E 为 中 心，150 km 内，五点 平 滑、 动 态 灰 箱

27、、 契氏拟合20032003 年 12 月底以前，Ms:5. 5 0. 5;注意地区: 甘孜道孚和马边、沐川地区，2003年 12 月底前，Ms: 5. 0 0. 3。2003. 10. 16 大姚 6. 1。危险区: 泸定石棉盐源至川滇交界西侧地区，危险区 1 的预测震级一致，地点 有偏差; 注意区均虚报。2004 年 12 月底前，Ms:6 0. 5;3 点 平 滑、 平 滑 去 周 期、契比雪夫拟合、经验识别、相关矩平、滤波2004. 8. 10 鲁甸 5. 6;2004. 12. 26 云南双柏 5. 02004注意地区: 1. 甘孜附近地区，2004 年 12 月底前可能发生 5 级

28、以上地震; 2. 龙门山地区也应注意5 级左右地震的危险。1. 康定石棉冕宁及其以东地区为 2005 年度 5级以上地震危险区2. 川滇交界地区为 2005 年度 6 级以上地震危险区。3. 川甘交界地区 2005 年度应注意发生 5 级以上地 震的危险。危险区 1 虚报;危险区 2 的预测 震级有偏差; 危险区 3 虚报破年变趋势下降20052005. 08. 05 会东会泽 5. 31. 巴塘雅江康定至龙门山中南段为 2006 年56 级地震危险区。2. 川滇交界地区为 2006 年度 6 级地震危险区危险 区 1 虚 报;危险区 2 的预测 震级有偏差。破年 变、 趋 势 上 升、 趋

29、势下降、趋势转折2006. 7. 22 盐 津2006. 8. 25 盐津 5. 15. 1;20061. 川西北地区为 2007 年度 Ms5 6 级地震危险区。2. 判定川滇交界地区为 2007 年度 Ms6 级地震危险区3. 马尔康至川甘交界地区为 2007 年 Ms5 级左右地 震注意地区危险区 1 预测震级正确，地点有偏差;危险区 2 和危险区 3，虚报。趋势 上 升、 破 年 变、 趋 势下降、趋势低值异常20072007. 5. 7 西藏昌都 5. 61. 以马边为中心，150 km 半径为范围的宜宾、长宁、马边、石棉及其附近地区为 5 6 级地震危险区。2. 川滇交界东侧的四川

30、普格、 会东，云南元谋、东川及其附近地区 5 6 级地震危险区。趋势上升破年变 趋势下降危险区 1 虚报;危险区 2 震级对应攀枝花地震20082008. 8. 30 攀枝花 6. 11. 汶川地震余震区为 2009 年度 6 级地震危险区;2. 甘孜、巴塘至川藏交界地区为 2009 年度 6 级地 震危险区。3. 川滇交界东侧的会东、普格至雷波、马边地区 为 2009 年度 5 6 级地震危险区。对汶川余震区的预测准确。危险 区 2 和危险 区 3 虚报。短趋势趋势20092009. 6. 30 绵竹 5. 61. 川滇交界的木里盐源会东一带地区为 2010年度 6 级地震危险区。2. 汶川

31、地震余震区为 2010 年度 5 级左右地震注意地区。3. 甘孜、巴塘至川 藏交界地区为 2010 年 5 6 级地震注意地区。趋势短趋势20102010. 01. 31 遂宁 5. 0待定4. 2 存在的问题根据对过去 10 年运用地下水物理观测对未来地震进行趋势预测的清理与分析，对照理论上的地下水物理观测地震预测方法，发现存在以下问题:( 1 )地下水物理观测目前在测井点多数是石油、水文地质部门工作以后遗留下来不用的井，观测上达不到地震预测、预报研究所要求的井网布局和井点所要监测的构造部位的要求;( 2 )历年的年度地震趋势研究报告显示，水位、水温观测项目数据的异常信度偏低。2007 年至

32、 2008 年的仪器运转率显示，四川地区水位、水温观测运转率属于中上水平; 2009 的统计表明，水位的平均完整率为 87. 43% ，比 2008 年下降了 8. 55% 。水温的平均完整率为 89. 71% ，比 2008 年下降了 6. 12% 。观测资料的可用性逐渐成为担忧的问题之一;( 3 )水位、水温观测是地震前兆观测的重要手段之一，但应用单学科进行地震的预测、预报，在有限的观测资料长度条件下反映的地震异常信息单一，在地震预报、预测的过程中很难对未来地震的三要素作出准确的把握;( 4 )随着经济时代的进一步发展，观测环境的影响越来越大，原来观测条件较好、对应地震效果好的井、泉点受到

33、开发等干扰的越来越多，尤其是无人值守台站的干扰因素，有的因干扰因素无法落实，直接导致无法判断干扰与异常。5思考与建议针对四川地区地下水物理观测现状提以下几点建议:( 1 )四川地区的地下水物理观测井、泉点，虽然主要分布在三大断裂带上，但极不均匀。根据地下水物理观测台站的选址要求，宜选建在活动断裂带内，特别是建在活动断裂的端点、拐点及二条以上活动断裂的交汇部位，观测井点离活动主断层面的距离不超过 5 km，深度在地下 100 m 以下揭穿活动断裂;( 2)清理、完善观测条件不好和观测资料意义不大的井、泉点，有效提高观测精度、准确率、完整率及运转率，这些是提高信度的有效途径;( 3 )充分利用历史

34、观测资料，深入研究，更清晰地认识地下水物理观测的地震前兆异常机理，结合多学科、多手段、多测项的综合分析与研究，寻找更加有效的地震预测途径;( 4 )在条件允许的情况下，投入更多的人力、物力和财力，加大专业技术人员培训力度，有效提高专业技术水平，加大观测环境保护力度。Data changes of groundwater table and water temperature andprediction of earthquake tendencyQIU Gui-lan，DU Fang，GUAN Zhi-jun，YANG Xian-he，YANG Hong( Earthquake predict

35、ion Institute，Earthquake Administration of Sichuan Province，Sichuan Chengdu 610041，China)Abstract: The abnormal changes of groundwater table and water temperature reported in the annual earthquake pre-diction of Earthquake Administration of Sichuan Province since 2000 were summarized We discuss the possible connection to the earthquake occurred in Sichuan Province Basing on these possible connections we put forward suggestion on the earthquake prediction according to the abnormal changes of groundwater and water temperatureKey words: groundwater table; water temperature; earthquake tendency