三峽庫區蓄水對秭歸歸州水井觀測的影響*

袁 曲 黃 仲 蔣玲霞 張衛華

(1)中國地震局地震研究所，武漢 430071 2)地殼運動與地球觀測實驗室，武漢430071)

三峽庫區蓄水對秭歸歸州水井觀測的影響*

袁 曲1，2)黃 仲1，2)蔣玲霞1，2)張衛華1，2)

(1)中國地震局地震研究所，武漢 430071 2)地殼運動與地球觀測實驗室，武漢430071)

以秭歸歸州流體井觀測資料為對象，結合當地水文地質概況，利用典型震例，研究井臺流體正常動態變化規律、震前異常與蓄水效應特征，探討三峽庫區蓄水對秭歸歸州水井觀測環境的影響，及秭歸歸州水井水溫異常變化的原因。

三峽地區;庫區蓄水;環境變化;干擾異常;地震前兆

1 前言

秭歸歸州臺水溫觀測為宜昌臺“十五”新增項目，2007年9月安裝試運行，2008年投入正式觀測，三峽水庫實施175 m實驗性蓄水前后，該臺完整清晰地記錄到了秭歸郭家壩M3.2地震、秭歸屈原鎮M4.1地震、汶川M8.0地震。本文將通過對井孔環境特點、蓄水動態分析與地震震前異常排查，并結合3次地震時的水井水溫變化，研究歸州井水位隨庫區蓄水的動態演變特征，以及水溫變化與地震的關系，探討秭歸歸州水井的映震能力［1，2］。

2 歸州井的基本情況

宜昌地震臺秭歸(流體)測點位于秭歸縣歸州鎮北的彭家灣村(北緯31.01°N，東經110.69°E)，海拔240 m。歸州鎮位于鄂西山區，地處長江北岸，在黃陵背斜西部的秭歸向斜中部。歸州屬亞熱帶濕潤季風氣候，年平均氣候17.9℃，極高氣候42.0℃，極低氣溫-8.9℃，平均年降水量1 007 mm。歸州井緊鄰香溪河，水田壩斷裂在附近穿過。

歸州井由湖北省第七地質隊鉆成，巖性為侏羅系重慶群泥巖夾砂巖，孔口標高240 m，孔深554.24 m，傾角0～3°，單井涌日水量467噸，為碎屑巖類層間裂隙承壓水類型，含碳酸鈣鎂等元素，水溫13℃～17℃，礦化度為0.04～0.6 g/L，PH值5.6～8.3，井孔高出地面0.5 m，常年自流。

3 秭歸歸州井總體運行情況

歸州井安裝有SZW-1A水溫儀和LN-3A水位儀各一套，并安裝在同一井內。該觀測成井于20世紀70年代初，2003年根據觀測要求對其進行了修整和測試，2007年試記，2008年投入正常觀測，運行以來儀器的運行情況及水溫變化如表1所示。

表1 2008—2010年歸州井儀器運行情況及水溫變化Tab.1 Operating situlation of the instruments and water temperature changes of the Guizhou well from 2008 to 2010

從表1可知，歸州臺水溫儀總體運行情況良好，3年來水溫呈持續下降趨勢，且年變幅逐年減小。在三峽庫區175 m試驗性蓄水的時間段(2010年)年變幅達到最小。

水位儀由于故障頻發等原因，記錄資料不可靠，故不作分析。

歸州井沒有進行氣象三要素的輔助觀測，分析中以離該井最近的郭家壩井的記錄資料作為參考(圖1)。

4 資料對比及典型震例分析

4.1 動態曲線分析法

選擇地震平靜時段的日觀測值作為正常動態的基值，用觀測誤差作為異常界限判斷異常［3］。圖2 (a～c)分別是2008—2010年歸州水溫與三峽庫水位整點值同軸時序曲線。正常情況下歸州井的水溫大致在每年4月前后的年變中出現拐點，呈趨勢下降，并與三峽庫水位變化具有一定的相關性，特別是三峽庫水位短期變化幅度較大時，這種同步性更為明顯。根據三峽水庫運行調度方案，三峽壩前水位分為4個階段;低水位控制期為6—9月，水位迅速上升期為10—11月，高水位保持期為12月前后，水位下降期為1—4月。歸州井水溫受三峽庫水位影響在6—11月變化較大，其他時段觀測值變化較小，以此作為正常動態的基值。

圖1 降雨對歸州井與郭家壩井干擾的對比Fig.1 Comparison between the disturbances of rainfall on the Guizhou well and Guojiaba well

圖2 2008—2010年歸州水溫與三峽庫水位整點值同軸時序曲線Fig.2 Co-axis sequential curves of water temperature of Guizhou well and the hourly well level of Three Gorges reservoir from 2008 to 2010

對2008—2010年的秭歸水溫整點值對比，3年年變形態相似，年變轉折點不同。

汶川地震前，即2008年4月26日水溫開始變化，從18.988℃急速下降至5月11日的18.972℃，變化0.016℃，震后水溫上升至19.005℃(2008年5月24日)，同震影響變化達0.033℃。

汶川地震12天后，2008年5月24日水溫緩慢下降至18.946℃(2008年9月3日)，并于2008年9月28日下降至18.918℃，變化達0.028℃，9月27日05時秭歸郭家壩發生3.2地震，9月28日00時三峽175米實驗性蓄水開始，水溫隨庫水位影響，出現同步波動，水位觀測形態為上升-小降波動-上升，蓄水后第55天，2008年11月22日，秭歸屈原鎮發生蓄水以來最大地震(4.1級)。此次地震可能是汶川地震引發仙女山斷裂帶構造壓應力增強，加之三峽水庫175米試驗性蓄水誘發因素加大而共同作用的結果［4］。

2008—2010年，歸州井水溫變化與三峽庫水位日均值變化如表2所示。2008、2009年庫區蓄水時段水溫變化呈“M”型升降變化，2010年至2011年2月8日三峽庫區170 m以上高水位運行119天，蓄水的時間比前兩年長，庫水位上升速度放緩，歸州井的水溫變化有所降低。

從表2可知，歸州井水溫變化與三峽庫水位升降變化基本同步。

表2 歸州井水溫與三峽庫水位同步變化Tab.2 Synchronous changes of water temperature of Guizhou well and water level of the Three Gorges Reservoir

4.2 方差分析法

方差又稱均方差，其大小表示如下：

式中，xi為某一觀測值為n個觀測值的平均值。

分析采用歸州井水溫2007-09—2010-12月的日均值數據，2008—2010年歸州井水溫日均差的均值分別為0.003 50℃、0.003 54℃、0.002 89℃，2008、2009兩年水溫日均差變化相當，2009年秭歸水溫日均差值減小變化穩定，水溫呈下降趨勢。

用該時段五日均值計算其均方差，以均方差2倍作為異常界限閾值，歸州井水溫2007—2010年五日均值均方差連續曲線如圖3所示。圖3顯示出汶川震前15日歸州井水溫五日均方差增大，地震發生時同震響應超出正常動態的4倍;2008年9月27日郭家壩3.2震前24日為超出正常動態的1.8倍。

圖3 歸州井水溫2007—2010年五日均值均方差連續曲線Fig.3 Continuous curves of the mean RMS error by fiveday of the Guizhou well from 2007 to 2010

5 結論

汶川8.0地震震前歸州井水溫異常連續16天，水溫變化達0.016℃;秭歸郭家壩3.2震前，歸州井水溫異常連續24天，水溫變化達0.028℃，排除三峽庫區水位變化的影響，說明兩次地震前的水溫異常具有一定的可信度。

1 杜瑞林，等.三峽二期工程蓄水后的垂直形變場［J］.大地測量與地球動力學，2004，(1)：41-45.

2 孫少安，等.三峽壩區二次蓄水前后的局部重力場變化［J］.大地測量與地球動力學，2007，(5)：99-102.

3 車用太，等.地震地下流體學［M］.北京：氣象出版社，2006.

4 車用太，等.長江三峽工程庫首區胡家坪Ms4.1水庫誘發地震研究［J］.地震，2009，29(4)：1-13.

INFLUENCE OF IMPOUNDMENT OF THREE GORGES RESERVOIR ON OBSERVATION OF GUIZHOU WELL，ZIGUI

Yuan Qu1，2)，Huang Zhong1，2)，Jiang Lingxia1，2)and Zhang Weihua1，2)

(1)Institute of Seismology，CEA，Wuhan 430071 2)Crustal Movement Laboratory，Wuhan430071)

Pointing to the observation data of the Guizhou well and combined with the local hydrogeologic essentials，the normal law of dynamic change of the fluid in the well and the anomalous change and the characteristics of impoundment effect are studied by the typical earthquake case.In the same time，the effect of the impoundment of the Three Gorges Reservoir on the observation environment of the Guizhou well and the cause of abnormal temperature change in the well are explored as well.

the Three Gorges area;impoundment of reservoir;environment change;disturbance anomaly;earthquake precusor

1671-5942(2011)Supp.-0064-04

2011-02-25

中國地震局三結合課題(1829)

袁曲，女，1971年生，工程師，長期從事地震監測、地震預報工作.E-mail：yq15430895@sina.com

P315.72+3

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