美國於 1980 年代中期於加州 Parkfield 地區進行對地震的監測，包括地下水、
大地測量、地球化學分析等儀器，以期獲得通過此區—推估活動週期為 22 年—斷 層造成的地震前兆相關資訊，雖然未獲得任何規模 6.0 以上地震之前兆，但是累積 了相關的監測資料及技術（Roeloffs and Langbein, 1994）。日本地區的例子如：1974 年於 Izu-Hanto-oki 發生的地震，造成日本地區觀測井的同震水位變化，出現大致 符合四象限之壓縮及伸張區的分布（Wakita, 1975）；又如為期五年的長期地下水 位監測中，偵測到 1992 年 2 月 2 日凌晨 4 時 4 分，於東京灣口深度 85 公里處發 生規模 5.9 的地震，除了使地下水監測井出現同震水位反應外，經由 BAYTAP-G
（Bayesian Tidal Analysis Program in a Grouping Method）電腦程式進行數值運算濾 除雜訊（地潮、大氣壓力、水位趨勢）後，顯現同震，及疑似震前的水位變化（Igarashi et al., 1992）（圖 2.1）。另一個日本的例子為日本遠野礦區（Tono Mine）附近的
16 口觀測井，此區被東西向 Tsukiyoshi 斷層橫越，長時間的水位記錄顯示，其中 SN-3 號觀測井具有敏感性（圖 2.2），但是此觀測井的敏感性並非一直顯著，而是 具有變異性的，在 1997 年 3 月 16 日地震發生後，此口井對同震的反應次數減少 了（King et al., 1999）。又如印度西部 Koyna-Warna 地震活動區域的地下水觀測井 網，於 1997 至 2000 年間記錄了 40 次同震水位變化，此研究將地震規模及震源距 為做為兩項記錄異常變化的參數（Chadha and Pandey, 2003）。台灣地區也有進行 地下水觀測井網與地震的研究，1999 年芮氏規模 7.3 的集集地震的案例顯示（Chia et al., 2008），地震造成地表破裂處附近的觀測井，記錄的同震水位反應幅度較地
表未破裂處大，因此可由這些觀測井的反應分析地表淺處應力場在空間上的分 布；同站不同深度的井位出現不一樣的水位變化型態，其反應量的幅度取決於含 水層的特性而非井位的深度。
圖 2.1 伊豆半島上 EDY 監測井水位記錄之原始記錄、濾除地潮、濾除大氣壓力、
水位趨勢及雜訊（Igarashi et al., 1992）
圖 2.2 遠野礦區 SN-3 號井（a）具有震前異常之同震水位記錄（b）同震水位記 錄（King et al., 1999）
Roeloffs 於 1988 年的文章中提到，異常水位以下降較上升常出現，發生異常 觀測井的位置多半集中在斷層帶附近；除了構造相關的因素會造成水文異常，其 他如大氣壓力、降雨、地下水或石油噴發，也可能造成異常，需納入造成異常的 考量因素中；另外雖然監測地下水位可以知道地震產生過程，但是需要基於良好 的資料才行。因此對於異常水位，可以利用不同的資料交叉比對，盡量將可排除 的因素濾除，包括自然現象的大氣壓力、降雨，或是如抽水、洗井、水質採樣等 可以濾除的人為因素。
地震導致地下水位改變的理論有不同觀點的解釋，像是利用震波通過沉積物 時造成顆粒重新排列使孔隙率產生的變化，影響到孔隙中水體的量而形成水位變 化（Montgomery, 2003）；或是探討當應力改變時，在不同邊界條件及參數設定下，
對土壤壓密及孔隙水壓造成的變化（Biot, 1941）；又如由地層中的裂隙在地震發 生時張開或閉合，造成孔隙率的率增加或減少，使地下水產生水位的變化（King et al., 1999）。除此之外，斷層位移造成的應力或應變場重新分布，使位於近場的測
站產生同震水位反應；也有使用簡單三維模型推導有限斷層面錯動造成應力—應 變場變化，用來計算震後三維孔隙壓力的產生及消散（Ge and Stover, 2000）（圖 2.3）。除了同震地下水位變化及其影響外，對於震前的異常變化也是相關研究關 切的方向，King et al.（2000）建議，地下水位的變化具潛力用來尋找震前斷層的 移動或地殼變形。
圖 2.3 平移斷層錯移 11 公分所造成的體積應變場（Ge and Stover, 2000）