天山地區地下流體映震靈敏點 水文地球化學特征

高小其劉耀煒蔣雨函

1）中國北京100085 應急管理部國家自然災害防治研究院

2）中國北京100085 中國地震局地殼動力學重點實驗室

天山地區地震地下流體監測，在地質構造上以監視天山山前地震斷裂帶及山前拗陷帶的活動為主，側重選擇那些構造條件、熱力條件、物質條件和地下水運移動條件相對靈敏的不穩定點，以上升泉、石油深井、深層斷裂水和泥火山泉等為主要觀測對象，觀測項目因井、泉具體條件而定，注意綜合對比觀測。天山地區的氣候、地形、交通、經濟等條件比較利于開展地球物理觀測，地震地下流體觀測點具有干擾因素少、映震性能好等優點，且該區地震頻度高、震級大、范圍廣，由此成為一個進行地震科研與總結的天然實驗場。因此，對天山地震地區地下流體觀測點水文地球化學背景開展測試和分析，研究其地下水的補給來源、水巖作用、循環與演化等水文地球化學環境特征，將為分析地震地下流體異常提供重要的基礎信息，可為未來該區震情跟蹤及臺網布設等提供理論依據與技術支撐。

依據天山地區多年的離子、氣體和同位素測試結果，結合2015 年度預報評估分級情況，統計得到該區預報評估為A 類和B 類的10 個地下流體映震靈敏觀測點（新04 泉、新04 井、新05 井、新09 泉、新10 泉、新10 井、新21 井、新25 泉、新26 泉、新33 井），總結其井泉類型或特點，分析井泉地下水的水化學類型、水—巖化學平衡特征、地下水熱儲溫度和水文地球化學環境等，可知天山地區映震靈敏點主要具有如下地球化學特征。

（1）監測泉主要為上升泉，2 000 m 以上深井可監測到周圍地區7 級地震前井水噴涌現象，可見監測井最好為深井。

（2）水化學類型：按照舒卡列夫分類方法，根據地下水中7 種主要離子（一般計算時將K+和Na+合并）的相對含量進行組合和分類。部分測點水質類型相近，主要為CO3—HCO3—Na、CO3—HCO3—CL—Na、HCO3—SO4 —CL—Na、SO4—HCO3—Na 和CL—Na 等，這與監測點所在地區的水文、地質等條件密切相關。

（3）水—巖化學平衡特征：水巖作用是地球化學動力學中基本且重要的研究內容，而在地質—地球化學過程中，水或水溶液與礦物、巖石間的化學反應顯得尤為重要。多數井、泉水礦化度在1.0 g/L 以上；水—巖化學平衡狀態主要為“部分平衡水”，水—巖反應較為充分，地下水中存在部分或大部分深層水的混入，循環深度較大。

（4）地下水熱儲溫度與循環深度：熱儲溫度是劃分地下熱水系統成因類型不可缺少的重要參數，地球化學溫標是估算這一參數的有效方法。多數井、泉水熱儲溫度范圍在57 ℃—191 ℃，循環深度大致在2—6 km，說明多數地下流體測點可能均有深層水不同程度的混入，地下水循環深度較大，徑流路徑較長。

（5）水文地球化學環境：水文地球化學特征的形成與水熱條件、地形地貌、土壤植被等一系列因素密切相關。所研究的井、泉水pH 值在7.25—9.29，以偏弱堿性為主；氧化還原電位Eh 多在+145— +224 之間；井、泉水一般富含H2S、CH4、He、H2、CO2等氣體，多屬還原或半還原環境。

綜上所述，上述測點由于前期勘選符合規范，開展觀測的地下水混合、水—巖反應程度及水文地球化學環境適中，加上監測點管理較好，監測數據內在質量和連續率高。因此，這類測點相對比較容易獲取地震各階段變化信息。

對地震地下流體監測點水文地球化學環境的研究，將有助于推進地球化學、同位素地球化學化學和氣體地球化學等方法在地震監測預測領域中的應用與研究。