遼寧及鄰區中強震前后撫順山龍峪井地熱前兆異常分析

孫麗娟，張 闖，張 翔，商 亮，王 征，惠泓博

（1.撫順市地震監測總站 遼寧 撫順 113006；2.撫順地震臺 遼寧 撫順 113000；3.撫順市地震局，遼寧 撫順 113000）

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遼寧及鄰區中強震前后撫順山龍峪井地熱前兆異常分析

孫麗娟1，張 闖1，張 翔2，商 亮2，王 征2，惠泓博3

（1.撫順市地震監測總站 遼寧 撫順 113006；2.撫順地震臺 遼寧 撫順 113000；3.撫順市地震局，遼寧 撫順 113000）

摘要：以撫順市山龍峪地震站山龍峪井的觀測數據為基礎，對觀測資料進行了系統的整理與分析，結果發現：山龍峪井地熱對遼寧及鄰區200公里范圍內的ML≥4.0級地震有較好的映震，且一般在震前10天左右水溫出現階變變化。

關鍵詞：山龍峪井；水溫；異常特征

0　引言

地熱前兆方法是通過研究地球熱狀態，特別是地表層的熱狀態及其隨時間的變化進行地震預報。溫度是描述物質熱狀態的基本物理量。我國在中深井中進行高精度水溫觀測的歷史不長，始于20世紀80年代中期，到20世紀90年代末開始大規模推廣。撫順山龍峪井地熱觀測是從2000年10月開始。本文將地熱在遼寧及臨區中強地震前后出現的異常進行了整理和分析，目的是為更準確的捕捉前兆異常信息積累經驗，提高地震分析預報水平。

1　撫順山龍峪井概況

撫順山龍峪井位于撫順縣救兵鄉小橋子村，從地質構造上看，該地區位于鐵嶺—靖宇臺拱與太子河凹陷的交匯部位。井口標高為339.9米，井深456.9m，屬深部斷裂承壓水，水頭高出地面0.5m。

從區域地質構造看，該井處在太子河凹陷北側，且區內存在一個晚中生代活躍的近東西向構造，這里有小橋子—大偏道子—三塊石—紀家堡子等近東西向巖漿帶，也說明它的活動性。

撫順山龍峪井是一口多測項的綜合觀測井，從1991年開始模擬水位觀測至今，先后增加了數字化水位、地熱、氣氡和氣象三要素四個流體前兆觀測手段。

數字化地熱從2000年10月開始觀測，觀測深度為190米。從多年的觀測資料看，該井水溫年動態清晰，映震能力強。水溫正常年動態為下降型，日均值在2‰℃左右變化，根據這一特點，曾成功地預報過幾次地震。

2　遼寧及鄰區有感地震與山龍峪井的地熱異常

資料時間選取：本文選取的地熱數據是撫順山龍峪井2000年10月開始觀測至2013年8 月31日的地熱整點值數據。

地震事件選取：地震事件選取距山龍峪井300公里左右的我省及鄰區4級以上有感地震。

異常提取及判定：在充分考慮各種干擾因素后，對山龍峪井地熱數據進行了詳細和深入分析。提取異常原則是與當前震情密切相結合，著重總結地熱在震前和震后的曲線變化情況以及異常形態特征。

2.1遼寧省及鄰區有感地震與地熱異常

此次統計了2000年至2013年8月距山龍峪井300公里左右4級以上地震共16次，震前地熱有異常反映的有10次，震后出現異常的1次，有震無異常的為5次，地震對應率為68.75％。總結發現地熱出現異常的10次，均對應了4級以上地震，可見該井地震與異常對應的概率較高（表1），以下是幾個典型異常震例分析。

表1　地震與地熱異常關系

2.1.1吉林山城鎮3.0級地震和沈陽4.1級地震

2003年1月28日開始，水溫加速上升，至2月1日共上升19‰℃。2003年2月2日岫巖發生3.1級地震，2月5日山城鎮發生ML3.0級地震。兩次地震后，水溫未恢復原有緩降走勢，曲線轉平，3月8日至3月10日又出現一次加速下降變化過程，從3月19日至21日又出現上升異常，累計上升9‰℃，排除干擾后，認為山龍水溫存在短臨異常，并提出了預報意見。結果2003年3月30日沈陽東陵發生ML4.3級、北黃海發生M5.0級地震（圖1）。

2.1.2 遼寧省沈陽市新民市M3.6級地震：

2008年11月9日地熱出現轉平異常，11 月17日填報了短臨預報卡片。據遼寧地震臺網測定，2008年12月11日7時51分57秒，

2.1.3四平、公主嶺交界4.3級地震

2009年3月11日至12日山龍峪井水溫改變原有緩降走勢，下降速率加大。同井觀測的水位3月11日至12日也陡升43mm，其間并無強降水和遠震影響。3月18日至19日水位又突降32mm。結果2009年3月20日14時48分在吉林省四平市伊通滿族自治縣、公主嶺市交界（北緯43.4度,東經124.9度）發生ML4.8級地震。震后水位、地熱恢復正常(圖3）。

2.1.4新賓3.5級地震

2009年5月27日山龍峪井工作人員在量圖時發現，水位8點值上升，疑是遠震異常。而同井的地熱2009年4月10日起由上升轉平，至5月27日仍未有下降趨勢，疑是異常。5月31日地熱陡升7‰℃，水位緩升中轉平，6月1 日6時許撫順新賓響水河發生ML3.5級地震

2.1.5海城3.6級地震

2009年7月13日至14日山龍峪井地熱陡升4‰℃后，繼續緩升，但上升幅度不大，7月17日又由緩升轉為陡升4‰℃后，繼續緩慢上升，至19日海城發生了ML4.0級地震（圖4）。此次異常的特點是兩次上升。

2.1.6燈塔MS5.1級地震（震后異常）

2013年1月23日燈塔M5.1級地震前，山龍遼寧省沈陽市新民市（東經122.90度，北緯42.09度）發生ML4.1級地震（圖2）。此次預報時間、地點均較準確，震級有偏差，是一次較為成功的預報。井水溫變化正常，均值在1-2‰左右變化，地震第二天水溫上升7‰℃后恢復緩慢下降趨勢（圖5）。

2.1.7營口蓋州與大石橋交界ML4.0和ML3.9級地震、通遼市科爾沁左翼后旗與遼寧省阜新市彰武縣交界M5.3地震

地溫數據2013年3月10起打破原有緩降趨勢曲線轉平，至4月22日曲線轉平中略有上升變化。轉平期間，3月30日和31日在遼寧省營口蓋州市和大石橋市交界處發生ML4.0 和ML3.9級地震。兩次地震后，水溫數據仍未恢復緩降趨勢，4月20日四川省雅安市蘆山縣M7.0地震、4月22內蒙古自治區通遼市科爾沁左翼后旗、遼寧省阜新市彰武縣交界M5.3地震。4月22日后水溫陡升（0.017）至25日轉平，6月3日后逐漸恢復原有緩降趨勢（圖5）。

2.2同震異常

地下流體的同 震異常，指地震波作用引起的地下液體異常。這類異常主要在井水位和井水溫度動態中出現。此次統計了2000年至2013年8月全球8級左右地震11次，統計發現，震后該井地熱除有3次變化不明顯外，其它均以陡升形態出現（表2）。

山龍峪井地熱記錄到的同震異常以階變形式出現，主要表現為階升異常。典型震例有：

表2　8級左右地震與地熱變化情況

2.2.12003年日本北海道8.0級地震

2003年9月26日日本北海道8.0級地震影響，地熱大速率上升，上升幅度達117.4‰℃，10月9日后開始轉平，11月25日后水溫逐漸恢復緩降趨勢（圖6）。

2.2.2汶川8.0級地震

汶川地震是新中國成立以來破壞性最強、波及范圍最大的地震。震后我們就對山龍的流體前兆資料進行了認真的分析并做了詳細的震后總結。

對2008年1-4月山龍峪井地熱數據進行差分分析發現（圖7），1-4月僅出現一次超差現象，即2008年3月3日地熱上升6.7‰℃（異常出現當天22時11分菲律賓群島發生6.7級地震，3月21日新疆于田縣發生7.3級地震）。汶川地震前，地熱變化正常，震后第二天地熱突升97.5‰℃，至5月27日受地震影響，地熱共上升197.7‰℃。5月末基本恢復正常下降趨勢（圖8）。

2.2.3日本本州東海岸附近海域9.0級地震

2011年3月11日日本MS9.0級地震，山龍峪井地熱和水位震后效應明顯。震前該井各手段均無異常，震時地熱陡升（圖9），均值上升245‰℃，至3月16日地熱共上升1.5165℃，5月末恢復正常趨勢。地震當日同井水位突升，并收到限幅的水震波。同時受地震波影響井水從主、副井口溢出。該井水位波動時間約42小時。

2.2.4北蘇門答臘西海岸M8.6和M8.2級地震

2012年4月11日北蘇門答臘西海岸M8.6 和M8.2級地震，震后山龍峪井地熱日均值陡升0.1度（圖10），5月中旬恢復原有緩降走勢。

3　山龍峪井地熱異常機理初步探討

通過對山龍峪井在遼寧及鄰區的幾次中強地震前大量水溫異常特征的分析，該井主要以上升型異常和轉平型異常為主。強遠震的同震異常則均為上升型。

山龍峪井地震前出現的各類水溫異常，也表明該井具有一定的映震能力，該井在近震和遠震前后出現各種異常形態，說明這口井的敏感性，之所以敏感是因為該井所處的有利構造部位及其井孔結構所決定。

（1）山龍峪井處在構造敏感部位。從區域地質構造看，該井處在太子河凹陷北側，且區內存在一個晚中生代活躍的近東西向構造，這里有小橋子—大偏道子—三塊石—紀家堡子等近東西向巖漿帶，也說明它的活動性。

（2）含水層所處構造部位有關。該井地處渾河斷裂南側、蘇子河斷塊西南端，區內絕大部分為太古界鞍山群下部石硼子組，通什材組及大面積混合巖和混合花崗巖構成最古老的基底；南部是性質截然不同的凹陷區，巖石主要是寒武奧陶系沉積巖；觀測井南部又有寒嶺—偏嶺巖石圈斷裂通過，與斷裂約成垂直方向許多北西向斷裂交叉均在觀測井東南部清河城附近；山龍峪井是深部構造承壓水，水井又處在基底的邊緣，下部有隱伏構造，因此，對于來自地殼深處的應力信息比較敏感，同時觀測井本身的成井條件較好，對應力具有較好的放大作用。

（3）與強震形成機制有關。大地震的孕育是一個大區域的構造事件，在其孕育過程中，通常震級愈高，在其孕育過程中所牽動的構造規模和范圍也就愈大。受大震前的構造牽動影響，震源對源外區施加孕震力使薄弱的山龍峪井周圍一旦達到屈服應力會先于地震發生切滑動——以蠕動的形式釋放部分能量。其結果會使上履封閉的水體受壓呈現出水位突升變化，同時為震源體錯動提供了讓位條件。

通過對上述前兆異常特征分析，山龍峪井所記錄到的省內及鄰區的近震和遠震前的前兆異常，大多數具有地熱上升、轉平或上升轉平緩升中發震的特征。分析表明，這可能與該井的井孔結構和所處的地質構造特征有關。當一個中強以上地震孕育過程中，區域應力場不斷發生變化。加上淺層地下流體具有分布廣，難壓縮和遷移性等特點，該井能靈敏地反映淺層巖石的應力——應變變化，同時通過深大斷層帶接受來自地殼深部的應力——應變信息。

4　結論

前兆異常變化，是指不遵循正常變化規律的信息。山龍峪井的地熱異常就是遵循這一規律判定的。通過山龍峪井地熱資料的總結分析,發現地熱在震前會有明顯階變，多以上升和轉平形態出現，且地震多發生在恢復正常狀態后。從異常開始到發震大約10天左右時間，也就是說地熱的異常多為短臨異常。而對于遠震，地熱則呈突升變化形態，異常恢復較慢，大約在兩個月左右。以上僅是對山龍峪井地熱異常的總結性分析，有一定的局限性，希望能為地震分析預報中異常的提取積累經驗。

參考文獻：

[1]中國地震局監測預報司,地震地下流體理論基礎與觀測技術[M].（地震版 XT20090234），地震出版社，2009.

ANALYSIS OF GROUND WATER TEMPERATURE AT FUSHUN SHANGLONG WELL IN LIAONING PROVINCE AND ITS ADJACENT REGION BEFORE AND AFTER MODERATE- STRONG EARTHQUAKES

SUN LI-juan1，ZHANG Chuang1，ZHANG Xiang2，SHANG Liang2，WANG Zheng2，HUI Hong-bo3
（1.Master Seismic Monitoring of Fushun，Liaoning Fushun 113006，China;2.Fushun Seismic Station，Liaoning Fushan 113000，China;3.Seismological Bureau city of Fushun city，Liaoning Fushun 113000，China）

Abstract:Based on the data observed in well of Shanlongyu seismic station Fushun municipality,this paper systematically sorts and analyzes the observing data,especially the changes of ground water temperature before and after the moderate-strong earthquakes in Liaoning and its adjacent in this well,and takes a preliminary research on Characteristics of the abnormal ground water region temperature and formation mechanism

Key words:Shanlongyu well;water temperature;anomaly characteristics

作者簡介：孫麗娟（1967-），女，黑龍江省密山市人，1988年畢業于黑龍江礦業學院，煤田地質勘探專業，高級工程師，現主要從事地震監測和預測研究工作。E-mail: ln_ls@sina.cn

收稿日期：2015-09-27

修訂日期：2015-11-25

中圖分類號：P315.72

文獻標志碼：A

DOI:10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.01.004

文章編號：1674-8565（2016）01-0021-06