五大連池火山區歷史監測數據分析

摘" 要：為充分發揮五大連池火山區歷史數據在火山與地震活動監測中的作用，采用五大連池火山區歷史地震數據、地下流體數據、電磁數據進行分析、整理，詳細統計出五大連池火山區有監測數據以來歷年地震發震頻次和最大震級，流體數據和電磁數據年變規律。結果表明，五大連池火山區歷史地震頻次較低，流體和電磁數據變化形態符合正常數據年變規律，說明五大連池火山區火山與地震活動相對平靜，近期內無活動跡象。

關鍵詞：五大連池火山區；地震觀測；地球物理觀測；歷史數據；地震與火山活動

中圖分類號：P315" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）15-0001-09

Abstract： In order to give full play to the role of historical data in the monitoring of volcanic and seismic activities in Wudalianchi Volcanic Area， historical seismic data， underground fluid data and electromagnetic data in Wudalianchi Volcanic Area are used for analysis and sorting， and the frequency and maximum magnitude of earthquakes over the years since the monitoring data are available in Wudalianchi Volcanic Area， as well as the annual variation law of fluid data and electromagnetic data are calculated in detail. The results show that the historical earthquake frequency in Wudalianchi Volcanic Area is low， and the fluid and electromagnetic data change patterns conform to the annual variation law of normal data， indicating that the volcanic and seismic activities in Wudalianchi Volcanic Area are relatively quiet， and there is no sign of activity in the near future.

Keywords： Wudalianchi Volcanic Area; seismic observation; geophysical observation; historical data; earthquake and volcanic activity

五大連池火山群地處松嫩平原的北部邊緣，由更新世以來多次噴發的14座火山錐體組成，其地理坐標為東經125.75°～126.5°，北緯48.50°～48.85°[1]。1720年以后的老黑山、火燒山現代火山噴發形成了保存完好的火山地質地貌，素有“天然火山博物館”之稱。五大連池火山群地震地質構造為松遼凹陷與華力西期的大興安嶺褶皺系的銜接部位，北為小興安嶺西南緣深斷裂，西為嫩江深斷裂，南部邊緣為切割地殼的訥謨爾河斷裂，東部邊緣為孫吳地塹斷裂和南北河－勃利斷裂等數條深斷裂的圍限區內[2]。

1" 五大連池火山研究簡介

中華人民共和國成立前，19世紀中葉歐洲學者，1935—1943年日本學者小倉勉等考察五大連池火山，并出版相關考察報告。1949—1979年主要是地礦部門圍繞礦產資源和礦泉水的勘探評價。1979—1988年為火山地質學研究階段，研究火山區地質特征和火山形成過程及演化規律。1988年五大連池地震火山監測站成立，國內外知名專家、學者開始重點研究五大連池火山噴發過程和機制，出版了《五大連池火山研究》專著。“十五”計劃以后，五大連池火山的研究趨于常態并隨著老一代科研人員相繼退休，火山研究人員后繼乏人，日趨勢微[2]。

雖然五大連池地震火山監測站對五大連池火山區的研究暫停了，但國內的地質學者們一直沒有停下對五大連池火山區的研究，老一輩火山專家劉若新、劉嘉麒等多次來五大連池進行考察研究，中國地震局地質研究所許建東、魏海泉、詹艷和潘波等，中國科技大學張海江、高級、張寶龍等，中國科學院測量與地球物理研究所大地測量與地球動力學國家重點實驗室李志偉、中國地質調查局水文地質環境地質調查中心張森琦等專家先后來五大連池火山區開展研究工作，在國內外地學期刊發表相關研究結果的文章。比較有代表性的有張海江教授的《Magma recharging beneath the Weishan volcano of the intraplate Wudalianchi volcanic field， northeast China， implied from 3D magnetotelluric imaging》和李志偉專家的《Shallow magma chamber under the Wudalianchi volcanic field unveiled by seismic imaging with dense array》及潘波專家的《Development and status of active volcano monitoring in China》等，還有詹艷專家的《黑龍江五大連池火山群地殼電性結構》、張森琦專家的《黑龍江省五大連池尾山地區火山巖漿囊探測與干熱巖地熱地質條件分析》。地殼所雷建設研究員在五大連池火山區尾山火山錐的臺陣探測項目研究成果尚未公布，南方科技大學韓鵬老師在五大連池火山區尾山火山的無人機航磁和熱輻射及火山溢出氣體的探測研究項目，中國科學院精密測量科學與技術創新研究院馮偉研究員和中國科學院測量與地球物理研究所動力大地測量學重點實驗室主任鐘敏研究員對五大連池火山區的重力觀測與研究，吉林大學田有教授在五大連池火山區短周期高密度地震臺陣測量項目都才剛剛開始。

2" 五大連池火山區監測歷史

1976年7月28日唐山地震后，國家加強了地震危險區的地震與地球物理監測，地震火山監測臺站和地球物理監測臺站先后在全國各地震危險區成立。黑龍江省德都地震臺地磁觀測項目就是在此期間開始建設的，但由于建設經驗不足，地磁記錄室無法正常使用，1986年6月才開始運行，1990年通過國家地磁臺網管理部批準納入地磁基準臺網管理；2006年增加地電場觀測項目，2007年實現地磁三分量數字化正式記錄。地磁相對記儀標準儀器為FHDZ-M15地磁總場與分量組合觀測系統，地磁備用記錄儀為GM4磁通門磁力儀，2008年開始工作至今。地磁第一絕對觀測儀器為Mingeo-DIM磁通門經緯儀和GSM-19T質子磁力儀，地磁第二絕對觀測儀為CTM-DI磁通門經緯儀和GSM-19T質子磁力儀，采樣率為每周2次人工讀數。地電場觀測儀器設備為ZD9A-Ⅱ電場儀，2006年開始工作至今。

1978年在五大連池風景區選址建設黑龍江省德都地震臺北山測震點，1983年投入觀測，設備為模擬DD1短周期地震計；1998年實現數字化觀測，設備為FBS3短周期地震計，2005年10月升級為CTS-1E中長周期地震計；2005年建成了由北山臺、筆架山子臺、鳳凰山子臺和團結子臺組成的無線遙測火山臺網，2011年9月增加小洪山子臺和引龍河子臺，2013年撤銷鳳凰山子臺，新建向陽村子臺，至此，包含6個子臺的地震火山監測臺網布設完畢，但由于無法實現實時監測，直到2021年才有火山臺網6個子臺的記錄數據參與火山區地震定位。

地下流體物理量數字化觀測，以位于五大連池地震監測中心站辦公樓院內的W-32井為觀測用井，井深233 m，現有靜水位、118 m水溫、198 m水溫觀測。

靜水位觀測，儀器型號為LN-3水位儀，2006年起觀測， 2020年10月1日水位觀測儀器更新為SWY-Ⅱ水位儀。水溫觀測，118 m深度水溫觀測和198 m深度水溫觀測，儀器型號為SZW-1A水溫儀。

地下流體化學量數字化氣氡、氣汞觀測為位于臺站南側1.3 km處的工人療養院內的工會井，成井深90 m，觀測儀器為SD-3A測氡儀和RG-BQZ測汞儀， 2007年5月投入觀測至2016年9月工人療養院內因整體規劃，重建觀測室而停止觀測，因規劃批復原因，目前觀測室仍在重建中。

2.1" 歷史地震情況

自1949年10月以來，五大連池火山區及周邊曾經發生的強有感地震是1985年7月21日發生在固東河林場（48.5°N，126.5°E）的ML 4.4級地震；1986年2月9日、3月1日、8月16日在黑龍江省德都縣發生的ML 5.0級、ML 5.4級、ML 5.5級地震震群，震中分別在（48.65°N，126.53°E）（48.67°N，126.53°E）（48.67°N，126.58°E），宏觀震中在五大連池市訥謨爾鄉、沾河林業局、引龍河農場等地；2011年1月15日8時43分發生在五大連池市團結鄉（48.6°N，126.0°E）的ML 4.2級地震等都是比較有影響的有感地震。

通過整理五大連池火山區自1983年12月有地震觀測數據以來報送的觀測月報，選取火山區地方震，重新編輯地震目錄。并對數字化記錄以來的地方震，重新復核震動事件記錄，將爆破和震動不清晰的地震事件予以剔除，對震相清晰的地震事件，重新截取事件文件，由專人用SSDP分析軟件對震動事件進行重新定位，以減少人為誤差，從而獲得精確度較高的火山區地震三要素，并將定位結果重新編輯成火山區地震事件目錄，經MAPSIS軟件繪圖分析，截至2021年12月31日，共記錄到火山區地震1 828次，分別是負級地震437次，ML 0.0級到ML 0.9級地震842次，ML 1.0級到ML 1.9級地震481次，ML 2.0級到ML 2.9級地震57次，ML 3.0級到ML 3.9級地震4次，ML 4.0級到ML 4.9級地震4次，ML 5.0級到ML 5.9級地震3次。五大連池火山區歷年地震統計表見表1，五大連池火山區歷年地震震中分布圖如圖1所示。

2.2" 負級地震

自1983年五大連池火山區有地震觀測記錄以來，共記錄到負級地震437次，占地震總數的23.91%，且大多數都集中在2000年數字化以后的觀測時段。分析出現這種現象的原因，認為是2000年數字化運用以前都是手動量取周期和振幅計算震級，存在量取和計算不準確的現象，也不排除0級以下地震事件本身就少的可能。而2000年以后運用的數字化記錄，記錄的震動事件更清晰，后續震相更豐富，量取周期和振幅更精準，更易于判斷地方震，也更易于計算震級。

2.3" 0.0級到0.9級地震

自1983年五大連池火山區有地震觀測記錄以來，共記錄到ML 0.0級到ML 0.9級地震842次，占地震總數的46.06%，可以看出2000年以前ML 0級到ML 0.9級地震較多。

2.4" 1.0級到1.9級地震

自1983年五大連池火山區有地震觀測記錄以來，共記錄到ML 1.0級到ML 1.9級地震481次，占地震總數的26.31%，可以看出2000年以前ML 1.0級到ML 1.9級地震居多，1986年德都地震后，ML 1.0級到ML 1.9級地震是歷年同級別地震的最高值，1986年以后，基本呈現逐年減少的下降趨勢，偶有多發的年份也未超過1986年的45次。分析認為負級地震到ML 1.9級地震2000年以前數量居多，是1986年德都震群后，應力調整所致，2000年以后，五大連池火山區周邊再未發生5級以上地震，應力調整和應變能釋放趨緩，地震頻次明顯降低。

2.5" 2.0級到2.9級地震

自1983年五大連池火山區有地震觀測記錄以來，共記錄到ML 2.0級到ML 2.9級地震57次， 占地震總數的3.12%，1986年德都地震后，ML 2.0級到ML 2.9級地震是歷年同級別地震的最高值14次，認為是1986年德都地震后余震，1986年以后，ML 2.0級到ML 2.9級地震不是每年都有發生，在發生的年份，也未超過3次，根據黑龍江地震臺分析預報人員統計表明，未達到對未來4級以上地震有指示意義的（5次以上）指標。

2.6" 3.0級到3.9級地震

自1983年五大連池火山區有地震觀測記錄以來，共記錄到ML 3.0級到ML 3.9級地震4次，占地震總數的0.22%， 分別在1986年德都地震后發生2次，1996年發生2次，其他年度未記錄到ML 3.0級到ML 3.9級地震。

2.7" 4.0級到4.9級地震

自1983年五大連池火山區有地震觀測記錄以來，共記錄到ML 4.0級到ML 4.9級地震4次， 占地震總數的0.22%，分別在1985年1次，1986年德都地震后的余震2次，2011年五大連池市團結鄉發生1次，其他年度未發生ML 4.0級到ML 4.9級地震。

2.8" 5.0級到5.9級地震

自1983年五大連池火山區有地震觀測記錄以來，共記錄到ML 5.0級到ML 5.9級地震3次， 占地震總數的0.16%，分別在1986年2月9日、3月1日、8月16日發生3次強有感地震，這3次5.0級以上地震均發生在五大連池火山區邊緣。

從震中分布圖上，可以看到，負地震大多集中在五大連池火山區內14座火山附近，在火山區以外分布不多，集中在訥謨爾河斷裂和嫩江與訥河交界處及1986年德都中強震群發生地附近零散分布，這種情況也體現了負級地震多為火山區地震的很好例證；ML 0.0級到ML 1.9級地震在火山區以外也有零散分布，大多集中在訥謨爾河斷裂和嫩江與訥河交界處及1986年德都中強震群發生地附近，分布比較有規律。ML 2.0級到ML 2.9級地震多集中在五大連池火山區內黑龍山、筆架山、藥泉山和臥虎山一帶，在備受重視的尾山火山附近，ML 2.0級到ML 2.9級地震基本沒有，而在火山區以外大多集中在1986年德都中強震群發生地附近，分布比較零散。ML 3.0級到ML 3.9級地震多集中在五大連池火山區和1986年德都地震震中附近，除了這兩處地震比較集中外，其他地區未發生ML 3.0級到ML 3.9級地震。ML 4.0級到ML 4.9級地震均發生在火山區外圍邊緣，符合火山區地震強度弱于周邊地區的特征[3]，其他地區未發生ML 4.0級到ML 5.9級地震。五大連池火山區負級到5.9級地震震中分布圖如圖1所示。

2.9" 歷年地震最大震級

統計1983年五大連池火山區有地震觀測記錄以來歷年最大震級，基本都是ML 3.5級以下地震居多，其中ML 0.1級到ML 0.9級地震2次，占歷年最大震級的比例為5.1%；ML 1.0級到ML 1.9級地震15次，占歷年最大震級的比例為38.5%；ML 2.0級到ML 2.9級地震18次，占歷年最大震級的比例為46.1%；ML 3.0級到ML 3.9級地震1次，占歷年最大震級的比例為2.6%；ML 4.0級到ML 4.9級地震2次，占歷年最大震級的比例為5.1%；ML 5.0級到ML 5.9級地震1次，占歷年最大震級的比例為2.6%。五大連池火山區歷年地震最大震級分布圖如圖2所示。

2.10" 地磁觀測數據分析

五大連池火山區模擬地磁觀測始于1988年，1990年納入國家地磁臺網，參加全國基本地磁臺觀測數據評比，相對記錄儀器為CB-3型和72型地磁日變記錄儀，絕對觀測儀器先后有CJ-6、CHD-6、DTZ1、DTZ2和G856等；2008年開始進入數字化記錄時代，相對記錄儀器為FHDZ-M15地磁總場與分量觀測系統和GM4磁通門磁力儀，絕對觀測為Mingeo-DIM磁通門經緯儀和CTM-DI磁通門經緯儀，G856質子磁力儀和GSM-19T磁力儀。

由于在1986年德都4次中強地震時，地磁觀測尚未正常開展，積累的觀測資料不足以作為震例開展深入研究，而2011年團結地震，由于震級相對偏小，地磁觀測數據未記錄到異常變化。從多臺地磁日變記錄曲線看，五大連池火山區地磁場日變化與同區域的地磁臺站日變化相同，未明顯表現出與火山區有相關性的明顯特征。

五大連池火山區地磁場的年尺度變化，也和其他地磁臺站觀測的結果一致，除磁暴日受空間天氣的影響，曲線形態的變化規律會有所改變外，曲線形態的變化規律符合變化地磁場白天變化大，傍晚到凌晨變化小；夏季變化大，冬季變化小的Sq變化特點[4]。五大連池火山區地磁日均值年變化曲線如圖3所示。

2.11" 地電場觀測數據分析

五大連池火山區地電場觀測始于2006年中國地震局“十五”計劃項目建設時期，觀測設備為ZD9A-Ⅱ地電場儀，采樣率為每分鐘１次，儀器自架設起工作連續，穩定。

五大連池火山區地電場觀測數據日變化符合地電場變化規律，每日的峰谷形態清晰[4]，在磁暴時能同步記錄到地電場的地電暴，數據質量較高，相關系數較好，在參加中國地震局組織的全國地電場觀側資料評比中曾經獲得過前三名的好成績。五大連池火山區地電場分鐘值日變化曲線如圖4所示。

由于地電場設備工作年限較久，老化嚴重，頻繁死機，使觀測數據連續率明顯下降，從而影響了觀測數據的質量，但總體上觀測數據可用率還可以，近幾年的地電場長極距方位角未有異常顯示。五大連池火山區地電場觀測自架設以來未經歷5級以上地震的震例檢驗，無法確定震前異常變化形態，在2011年1月15日五大連池火山區附近團結鄉發生4.2級地震前，地電場數據未記錄到明顯的異常變化；每年的春季積雪融化的積水和夏季降雨時節的雨水滲入電極坑，導致電極受到干擾，各測道出現不同程度的較大的跳變和階躍，影響觀測數據的質量。五大連池火山區地電場日均值歷年變化曲線如圖5所示。

２.12" 井水位觀測數據分析

五大連池火山區井水位觀測數據連續穩定，質量較好，月變化幅度一般在0.2 m左右。自2007年開始觀測以來，參加中國地震局組織的全國水位觀測資料評比中，多次獲得全國前三名的好成績。五大連池W-32井的水位觀測數據潮汐因子精度較高。五大連池火山區井水位日均值年變化曲線如圖6所示，能很好地反映含水層在日、月起潮力作用下產生的固體潮應變效應[5]，在全球發生較大的地震時，五大連池水位數據能記錄到比較清晰的水震波；在流體井半徑為10～3 000 km時，都可能存在數十天到180 ｄ左右的震前異常[6]，為地震趨勢分析發揮應有的作用。五大連池火山區井水位日均值歷年變化曲線如圖7所示。

2.13" 井淺層水溫（118 m）觀測數據分析

五大連池火山區井118 m水溫觀測數據連續穩定，質量較好，月變化幅度一般在0.003 ℃左右。自2008年開始觀測以來，參加中國地震局組織的全國水溫觀測資料評比中，曾經獲得全國前三名的好成績。五大連池W-32井的118 m水溫觀測數據開始架設時由于儀器工作不穩定，出現了小幅臺階變化，從2012年1月開始逐漸降低，到2013年7月按一定的斜率逐漸增加，2019年5月開始快速增加到與2012年1月趨勢一致的位置后又小幅增加，因無備用儀器，無法進行對比觀測。由于臺站300 km內未發生5．０級以上地震，因此，經相關技術人員判斷疑為儀器原因，排除震前異常的可能。五大連池火山區118 m水溫觀測日均值年變化曲線如圖8所示，五大連池火山區118 m水溫觀測日均值歷年變化曲線圖如圖9所示。

2.14" 井深層水溫（198 m）觀測數據分析

五大連池火山區井水位觀測數據連續穩定，質量較好，日變化幅度一般在0.008 ℃左右。自2007年開始觀測以來，參加中國地震局組織的全國水位觀測資料評比中，多次獲得全國前三名的好成績。五大連池W-32井的198 m水溫觀測數據連續性好，穩定性高，自架設以來，很少出現缺記和跳動現象，就是數據本身變化頻率較118 m水溫有所增加，五大連池火山區198 m水溫日均值年變化曲線圖如圖10所示。從歷年觀測曲線圖上可以看到，除做對比試驗探頭受干擾和改變探頭位置造成數據出現臺階外，一直變化較穩定，由于未受到5．０級以上地震的檢驗，無法確定異常閾值，五大連池火山區198 m水溫日均值歷年變化曲線圖如圖11所示。

2.15" 氣氡觀測數據分析

五大連池火山區氣氡觀測，溢出氣氡含量較低，一般都小于10 Bq/L，偶有超出現象，也未超出太大，表明氡的背景值比省內其他測氡臺站都低。由于自2007年6月開始觀測以來，五大連池地震監測中心站附近未發生5．０級以上地震，觀測數據是否對地震活動有指示意義還需要后續觀測來檢驗，同時觀測數據反映出五大連池火山區的巖漿活動較弱，溢出氣氡含量較低。五大連池火山氣氡觀測日均值歷年變化曲線如圖12所示。

2.16" 氣汞觀測數據分析

五大連池火山區氣汞觀測，溢出氣汞含量較低，一般都小于1 ng/L，偶有超出現象，也未超出太大，表明汞的背景值比較低。由于自2007年6月開始觀測以來，五大連池地震監測中心站附近未發生5.0級以上地震，觀測數據是否對地震活動有指示意義還需要后續觀測來檢驗，同時觀測數據反映出五大連池火山區的巖漿活動較弱，溢出氣汞含量較低，五大連池火山區氣汞觀測日均值歷年變化曲線圖如圖13所示。

3" 五大連池火山區地震類型與典型震例

一般來說，火山地震監測臺網觀測到的地震事件有一定差異，一般可記錄到火山振動（VT）、長周期事件（LP）、火山地震（VE）或其混合事件[7]。從整理出的1983年到2021年12月31日的地震事件記錄，檢索模擬記錄的圖紙，并瀏覽了2000年以來的數字化記錄，從實際波形上看，五大連池火山區未記錄到明顯的火山振動、長周期事件及火山地震，記錄到的所有地方震都是火山區內隱藏的井字型斷裂帶周邊的構造地震及一些顯著的干擾事件。

3.1" 火山區構造地震

火山區記錄到的構造地震事件P波與S波到時清晰，五大連池火山區構造地震典型震例如圖14所示，均為短周期地震事件。頻譜分析顯示，符合構造地震優勢頻率5～15 Hz的特征，五大連池火山區構造地震頻譜分析如圖15所示，為火山區內斷裂活動事件。

3.2" 火山區附近爆破

火山區記錄到的非地震事件，為周邊幾十公里內的爆破，仿真W.A.時，P波到時清晰，S波到時不清晰，并有明顯的面波。而且每天基本在中午前后或晚飯前后的相對同一時段重復出現，一般連續數次，很好區分和判斷。 五大連池火山區爆破事件典型示例如圖16所示。

3.3" 大振幅事件

火山區每年的11月中旬到次年的4月底都能記錄到或大或小的大振幅事件，表現形式是三分向同時存在較大的初動，并維持幾個周期后，迅速衰減到正常范圍，五大連池火山區大振幅事件典型示例如圖17所示。區別于火山區LP事件的是大振幅事件，是三分向都有明顯的幅度變化，而LP事件僅垂直向出現明顯變化。這種現象在每年的5月1日到11月中旬不存在，經黑龍江省地震局火山專家趙誼博士分析，大振幅事件是火山區富集的地下泉水在流動中，由于存在冰層，阻擋了泉水的運移，在泉水沖破阻力冰層時產生的氣（水）泡破裂效應導致的，頻譜分析也驗證大振幅事件頻率是小于5 Hz的長周期事件。五大連池火山區大振幅事件頻譜圖如圖18所示。

4" 結束語

經對五大連池火山2001年以來的數字化觀測資料進行分析，未發現五大連池火山區存在火山活動帶來的火山振動、火山顫動、火山長周期事件。監測到的地震都是火山區構造地震，發震機理均是火山區內各隱含斷層相互作用的結果，未反映出火山區深部巖漿囊在近地表的活動跡象，詹艷等[8]的大地電磁測深也表明深部巖漿囊正處于冷卻狀態，但需要密切注意火山區構造地震的頻次變化和震級變化，切實做好火山區頻次變化和震級變化對五大連池火山區火山活動帶來直接或間接影響的應對準備。

地球物理場數據分析也未發現存在明顯的震前異常，這可能是地震發生的位置不能引起地球物理場數據變化；也可能是震源機制產生的斷層，未處于地球物理場敏感帶上；也可能是震級偏小，地下介質的應力積累相對變化也較小，未觸發地球物理場的臨震變化等有關，需要對今后的監測數據進行認真研判，以便及時捕捉到火山活動和火山地震前地球物理場異常信息，為防震減災工作作出貢獻。

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