澄江井水溫異常映震分析

夏開平畢 青張體移龔 艷付 虹

1）中國云南652599澄江縣防震減災(zāi)局

2）中國云南653100玉溪市防震減災(zāi)局

3）中國云南652700通海縣防震減災(zāi)局

4）中國昆明650224云南省地震局

澄江井水溫異常映震分析

夏開平1）畢 青2）張體移3）龔 艷3）付 虹4）

1）中國云南652599澄江縣防震減災(zāi)局

2）中國云南653100玉溪市防震減災(zāi)局

3）中國云南652700通海縣防震減災(zāi)局

4）中國昆明650224云南省地震局

選取云南澄江井2001年6月以來的水溫觀測資料，分析水溫異常變化與地震的對應(yīng)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)井水溫發(fā)生明顯的突升、突降等短臨異常變化時，與觀測井300 km范圍內(nèi)5.0級以上地震有較好的對應(yīng)關(guān)系，對應(yīng)率為62.1%。

水溫特征；短臨異常；映震

0 引言

在地震前兆觀測中，水溫觀測只是地?zé)嵊^測的一種，水溫異常是地?zé)岙惓５闹匾糠帧５責(zé)岙惓Ｑ芯康闹饕悸肥牵ㄟ^對地下中、淺層地溫場和深井水溫變化的觀測與分析，探討在構(gòu)造應(yīng)力作用下，熱物質(zhì)運移、介質(zhì)能量轉(zhuǎn)化和水動力條件改變引起的溫度變化過程（國家地震局科技監(jiān)測司，1995）。筆者通過對2001年6月以來云南澄江井水溫觀測資料的分析，試圖找出該井水溫異常動態(tài)變化與井孔周圍300 km范圍內(nèi)5.0級以上地震的對應(yīng)關(guān)系，得出異常判定標(biāo)準(zhǔn)，用于日常震情跟蹤及短臨預(yù)測預(yù)報工作。

1 觀測背景

1.1 井孔概況

澄江縣防震減災(zāi)局水溫觀測井（以下簡稱澄江井），海拔1 778 m，位于小江斷裂帶西支次級斷裂（陽宗—澄江斷裂）東側(cè)，周圍地層是震旦系下統(tǒng)澄江組（Zac）深灰色、灰綠色礫巖、砂巖層，觀測部位是侏羅系下統(tǒng)馮家河組（J1f）深灰色硅質(zhì)灰?guī)r、泥巖、泥灰?guī)r夾灰?guī)r，灰?guī)r呈短柱狀。澄江機井為靜水位觀測井，深310 m，0—15 m為磚紅色粘土層，有一定隔水能力；15—161 m為淺灰色灰?guī)r，充填物為磚紅色粘土和灰?guī)r破碎塊狀物；161—206 m為深灰色硅質(zhì)灰?guī)r，巖石硬度強；206—310 m為淺灰色、灰色灰?guī)r。井孔附近無開采井，周圍無干擾，觀測環(huán)境較好。開孔直徑194 mm，終孔直徑91 mm，0—250 m采用無縫鋼管成井，主要是將地表水封死，250—300 m為主要觀測部位，采用花管濾水，只開放深層裂隙水，根據(jù)鉆孔鉆探巖蕊揭露的情況看，該段地層裂隙較發(fā)育，巖層破碎，富水性強。數(shù)字式地溫計探頭放置在井下280 m處，初始溫度20.789 2℃，自2001年6月觀測以來溫度比較穩(wěn)定。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造背景

澄江井位于構(gòu)造斷裂帶附近，故井孔鉆于徑向構(gòu)造、北南走向的小江斷裂帶西支次級斷裂陽宗—澄江斷裂附近（圖2）。小江斷裂帶西支主干斷裂從澄江壩區(qū)東側(cè)穿過，其分支陽宗—二街?jǐn)嗔延杀毕蚰洗┻^澄江盆地匯入撫仙湖，陽宗—澄江斷裂沿澄江盆地及撫仙湖西緣穿過，二者夾持著澄江壩子及撫仙湖，該斷裂帶發(fā)生過1999年11月25日澄江5.2級地震，震中距澄江井約2 km。在井孔北東方向100 m處有2個大的構(gòu)造裂隙水排泄點（上升泉）。

圖1 澄江井井孔柱狀Fig.1 Columnar map of Chengjiang well hole

圖2 澄江井區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造Fig.2 Regional geological structure around well of Chengjiang well

1.3 水溫觀測儀器

澄江井水溫觀測選用SZW-1A型數(shù)字式高精度地溫儀，分辨率0.000 1℃，短期穩(wěn)定性0.000 1℃/日，長期穩(wěn)定性0.01℃/年，絕對精度±0.05℃，量程0—100℃。儀器可以用交流供電，也可以用直流12 V供電，性能穩(wěn)定。

2 澄江井正常動態(tài)特征及影響因素

2.1 正常動態(tài)特征

2.1.1 水溫梯度。水溫儀探頭置于井深280 m處，根據(jù)儀器安裝實測梯度數(shù)據(jù)，繪制澄江井水溫垂向梯度圖，見圖3，可見水溫探頭處于正梯度段。

2.1.2 （1）水溫正常動態(tài)。水溫儀自2001年6月13日安裝投入觀測以來，儀器工作穩(wěn)定，僅2007年7月17日至2009年1月14日，因儀器受雷擊、供電故障、通信線路故障等，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、不可靠，數(shù)據(jù)分析時剔除即可，見圖4。觀測數(shù)據(jù)沒有明顯的年變規(guī)律性，井孔溫度波動變化幅度較大，最大年變幅度為0.524℃（2005年），大多年份在0.2℃—0.4℃，有升溫、降溫突跳，根據(jù)張彬等（2014）對井水溫變化的分類，澄江井屬于跳躍型。

圖3 澄江井水溫梯度Fig.3 Water temperature gradient map of Chengjiang well

圖4 澄江井水溫與水位同步對比分析Fig.4 Comparison and analysis of water temperature and water level in Chengjiang well

（2）同震效應(yīng)明顯。很多觀測井水溫記錄到強烈地震引起的同震變化或震后效應(yīng)（車用太等，1996），澄江井也多次記錄到同震效應(yīng)。如：2001年11月14日昆侖山口西8.1級地震，震后22 min出現(xiàn)同震效應(yīng)突降變化，變化幅度0.054 9℃；2004年12月26日印度尼西亞8.7級地震，震后20 min出現(xiàn)同震效應(yīng)突降變化，變化幅度0.119 8℃；2011年3月24日緬甸7.2級地震，震后19 min出現(xiàn)同震效應(yīng)突升變化，變化幅度0.055 6℃。總結(jié)認(rèn)為，水溫的同震效應(yīng)特征主要是突降或突升，以突降型居多（圖5）。張磊等（2012）的研究表明，同一口井，在一次地震時同震響應(yīng)可能為水溫突升，而在另一次地震時為水溫突降，澄江井同樣如此。井水溫變化能反映井—含水層系統(tǒng)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)的變化，不僅能反映無震時含水層的受力狀態(tài)（如固體潮），還對遠(yuǎn)場大震有顯著同震效應(yīng)。水溫對遠(yuǎn)場大震的響應(yīng)，是井—含水層系統(tǒng)受到地震波作用的結(jié)果。

圖5 澄江井典型地震事件同震效應(yīng)變化Fig.5 Typical changes of coseismic effects of some events in Chengjiang well

（3）與水位同步變化。澄江井水溫與水位自2001年6月13日起同步觀測，水位觀測儀器型號LN-3（分辨率1 mm），2006年7月7日至2012年3月2日因故障停測，3月3日恢復(fù)觀測。水溫與水位變化有一定對應(yīng)關(guān)系，從多年觀測資料分析，基本為負(fù)相關(guān)，當(dāng)水位上升時，水溫出現(xiàn)下降變化，但水溫變化滯后（圖4），2013年后二者在時間上變化更為同步。根據(jù)水動力學(xué)機制（魚金子等，1997），即地殼的應(yīng)力—應(yīng)變狀態(tài)變化，引起含水層巖體變形及相應(yīng)孔隙壓力變化，并導(dǎo)致井—含水層系統(tǒng)水動力條件（水力梯度）和水流狀況（流速、流量）的改變，由此引發(fā)井水溫度改變。因此，在地殼構(gòu)造應(yīng)力作用下，應(yīng)力場急劇變化，地下水通道發(fā)生改變，致冷水滲入，形成水溫下降負(fù)異常。

2.2 影響因素

從井孔柱狀圖（圖1）可以看出，地表有近15 m磚紅色粘土覆蓋，0—250 m采用套管將地表水封死，250—300 m采用花管開放深層水，儀器探頭置于280 m深處，受地表水影響較小；因井孔周圍巖層裂隙較發(fā)育，巖層破碎，地下水活躍，補給渠道較多，認(rèn)為水溫跳躍式變化主要受地下水含水層變化控制。

SZW-1A型數(shù)字式高精度地溫儀工作穩(wěn)定，受客觀因素影響導(dǎo)致部分缺數(shù)，數(shù)據(jù)連續(xù)率降低。儀器外接直流電瓶供電，當(dāng)電瓶電壓過低或電瓶損壞時，同樣影響采數(shù)，即所采數(shù)據(jù)不是真實水溫。澄江井2010年初出現(xiàn)過此現(xiàn)象，更換直流電瓶即解決此問題。

3 水溫映震分析

3.1 典型地震與水溫

以2003年、2004年2次澄江4.3級地震及2014年魯?shù)?.5級與景谷6.6級地震為例，分析典型與水溫異常變化的對應(yīng)關(guān)系，見圖6，由圖6可見：2003年10月13日水溫出現(xiàn)明顯下降，至10月15日2天內(nèi)下降0.039 4℃，11月22日澄江發(fā)生4.3級強有感地震，井震距4.5 km，異常結(jié)束至發(fā)震38天；2004年9月26日水溫出現(xiàn)明顯下降，至9月30日4天內(nèi)下降0.010 1℃，10月17日澄江發(fā)生4.3級強有感地震，井震距4.5 km，異常結(jié)束至發(fā)震17天；2014年6月15日至7月23日，水溫呈明顯“凹型”下降異常，其間出現(xiàn)小幅調(diào)整有升有降，異常最大幅度達(dá)0.233 7℃，異常持續(xù)38天，8月3日發(fā)生魯?shù)?.5級地震，井震距273 km，10月7日景谷發(fā)生6.6級地震，井震距287 km。

圖6 澄江井水溫異常與地震關(guān)系(a) 2013年11月22日澄江4.3級地震； (b) 2014年10月17日澄江4.3級地震；(c) 2014年魯?shù)?.5級及景谷6.6級地震Fig.6 Water temperature anomaly and earthquake in Chengjiang well

3.2 水溫異常與地震關(guān)系分析

選取自2001年6月澄江井投入觀測以來周邊半徑300 km范圍內(nèi)5.0級以上范圍內(nèi)地震（本地對應(yīng)4.3級以上，云南省范圍內(nèi)對應(yīng)7級），分析29次顯著水溫異常與范圍內(nèi)18組20次地震的對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)出現(xiàn)異常時，后續(xù)發(fā)生地震的有18次，對應(yīng)率62.1%，其中16次地震在異常結(jié)束后3個月內(nèi)發(fā)震。澄江井水溫異常與地震對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 澄江井水溫異常與地震關(guān)系分析Table 1 Analysis table of relation between water temperature anomalies in Chengjiang well and earthquakes

3.3 映震分析

從表1可知，澄江井水溫異常與地震有以下關(guān)系：①震前有明顯異常，對應(yīng)率達(dá)62.1%，也存在有震無異常或是異常不明顯的情況；②異常類型主要以突降型為主，占59%，突升占24%。據(jù)邱鵬程等（2005）的研究結(jié)果，水溫的突升與突降，是地震在孕育過程中受孕震應(yīng)力作用，觀測井所處的承壓水層受到隔水層擠壓，使得地下水排泄速度加快或減慢，井水溫度隨之發(fā)生相應(yīng)改變；③以1次異常對應(yīng)1次地震為主，還有1次異常對應(yīng)2次地震的情況，認(rèn)為可能是異常疊加，無法識別異常與地震的對應(yīng)先后關(guān)系；④異常幅度在0.03℃—0.4℃，異常與發(fā)震時間間隔最短7天、最長333天，說明主要以3個月以內(nèi)的短期異常為主，且異常幅度較明顯。

4 結(jié)論

（1）澄江井多年觀測資料分析表明，能記錄到較為豐富的水溫微動態(tài)信息，即水溫的地震前兆異常、同震效應(yīng)等（車用太等，2008），因此認(rèn)為，該井對地震前兆有較強監(jiān)測能力，與300 km范圍內(nèi)5級以上地震對應(yīng)率達(dá)62.1%，絕大多數(shù)震前異常可信、可靠。

（2）水溫以突降型短臨異常（3個月左右）為主，且異常變化幅度在0.03℃—0.4℃。在多年實際工作中，結(jié)合其他前兆項目及福建省地震活動性，多用于年度趨勢會商分析，但也有過短臨預(yù)測。2003年10月26日、27日澄江祿充一帶分別發(fā)生3.3級和3.5級地震，筆者根據(jù)水溫觀測數(shù)據(jù)的突降異常，結(jié)合其他前兆、測震資料進行深入分析，認(rèn)為發(fā)生破壞性地震的可能性不大，但在澄江縣發(fā)生4級左右地震的可能性較大，11月22日凌晨在澄江縣龍街鎮(zhèn)發(fā)生4.3級地震，預(yù)測效果較好。對于地震趨勢預(yù)測，多為虛報或預(yù)測時間、地點不準(zhǔn)確，說明單靠一個水溫觀測井的資料很難對地震三要素進行準(zhǔn)確預(yù)測。

多年觀測發(fā)現(xiàn)，水溫突升異常也能對應(yīng)井震距300 km以上地震，加之該井水溫異常與地震的對應(yīng)關(guān)系較為復(fù)雜，且受水位升降影響，有很多有異常而無地震對應(yīng)情況，在實際工作中容易造成對短臨地震的虛報或漏報。

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Seismic analysis of water temperature anomaly in Chengjiang well

Xia Kaiping1)，Bi Qing2)，Zhang Tiyi3)，Gong Yan3)and Fu Hong4)
1) Chengjiang Earthquake Prevention and Disaster Mitigation Bureau,Yunnan Province 652599,China
2) Yuxi Earthquake Prevention and Disaster Mitigation Bureau,Yunnan Province 653100,China
3) Tonghai Earthquake Prevention and Disaster Mitigation Bureau,Yunnan Province 652700,China
4) Earthquake Administration of Yunnan Province,Kunming 650224,China

Selecting the temperature observation data of Chengjiang well in Yunnan since June 2001,the relationship between the anomalous changes of water temperature and earthquake is analyzed.It is found that the sudden short impending anomalous changes of water temperature,such as signifi cant increasing or decreasing,has a good relationship with M≥5.0 earthquakes occurred within the range of 300 km around the observation well,the corresponding rate is 62.1%.

characteristics of water temperature，short impending anomaly，earthquake refl ecting ability

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.05.015

夏開平（1975—），男，云南澄江人，工程師，主要從事地震監(jiān)測預(yù)報工作

2014年滇南重點危險區(qū)震情跟蹤專項

本文收到日期：2015-03-06