林云存

(廣東信宜地震臺(tái)，廣東 信宜 525300)

廣東信宜1、2號(hào)井水溫的同震響應(yīng)及機(jī)理初步探討

林云存

(廣東信宜地震臺(tái)，廣東 信宜 525300)

介紹了信宜1、2號(hào)井水文地質(zhì)環(huán)境，總結(jié)了近年來(lái)兩井水溫的同震響應(yīng)現(xiàn)象，并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了初步的探討。認(rèn)為兩口井的同震響應(yīng)雖然形態(tài)不一致，但機(jī)理是相近的，主要是由于地震波的擾動(dòng)，隨著振動(dòng)效應(yīng)的作用，加大了不同含水層間的垂直運(yùn)動(dòng)速率，而產(chǎn)生水溫上升或下降現(xiàn)象，震后一段時(shí)間隨著混合通道的閉合或運(yùn)動(dòng)速率的恢復(fù)，2號(hào)井的水溫逐漸恢復(fù)到原有的水平上。

信宜1、2號(hào)井；水溫；同震響應(yīng)；機(jī)理研究

0 引言

地下流體主要指地殼中可流動(dòng)的物質(zhì)如水、氣、油等。是地殼物質(zhì)的重要組成部分，與地震孕育、構(gòu)造、發(fā)生有著相應(yīng)的響應(yīng)現(xiàn)象。當(dāng)?shù)叵聭?yīng)力發(fā)生變化時(shí)，地下水中的氡氣、水溫等物質(zhì)會(huì)出現(xiàn)不同程度的變化。信宜1、2號(hào)井的水溫在2004年印尼8.9級(jí)地震、2008年汶川8.0級(jí)地震以及2011年日本9.0級(jí)地震后均出現(xiàn)了同震響應(yīng)，本文試圖對(duì)這些現(xiàn)象進(jìn)行分析，并對(duì)其形成機(jī)理進(jìn)行初步的探討。

1 信宜1、2號(hào)井觀(guān)測(cè)環(huán)境

信宜市在大地構(gòu)造上位于粵西窿起帶，本地區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，總體格局為一組北東向活動(dòng)斷層和一組北西向的活動(dòng)斷層相互切割，形成網(wǎng)格狀構(gòu)造，其中北東向的斷層有合浦-玉林-梧州斷裂、廉江-信宜-牛衛(wèi)斷裂、湛江-吳川-四會(huì)斷裂。北西向的斷層有橫縣-博白-茂名斷裂、高州-電白斷裂、茶山-閘坡斷裂[1、2]。信宜1、2井地處信宜-廉江大斷裂帶的廣東省西部信宜市北界鎮(zhèn)西江河南北岸的結(jié)坡村熱水窩和金渠村翁屋，均為自流井。區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造面貌碎亂，褶皺、斷裂復(fù)雜、大小褶皺、劈理、片理等很發(fā)育。往東的窿起區(qū)、褶皺構(gòu)造比較和緩并有短軸背斜和不規(guī)則向斜出現(xiàn)，處于信宜西江河三個(gè)熱泉群所出露共有15個(gè)溫泉眼之中，淺部和深部的熱水在西江河兩側(cè)和翁屋地區(qū)之間，大降雨及井孔抽水均無(wú)明顯干擾現(xiàn)象，本區(qū)以燕山花崗巖、巖石遭受強(qiáng)烈擠壓，直至裂隙發(fā)育，局部有綠泥石和絹云母化現(xiàn)象①全國(guó)水化基本臺(tái)網(wǎng)廣東省信宜水化Ⅱ類(lèi)臺(tái)驗(yàn)收?qǐng)?bào)告，1998.12。

信宜 1號(hào)井屬?lài)?guó)家Ⅱ類(lèi)臺(tái)， 處于東經(jīng) 110°47′06″， 北緯 22°19′48″， 海拔高度 79.2m，井孔深500.13m，流量約27 m3/h，水溫75.2℃，無(wú)年動(dòng)態(tài)變化，氡值約560Bq/L，礦化度0.372 g/L，屬HOC3～SO4-Na型裂隙乘壓熱水。信宜2井與1井相距2 km，處于西江河北面的河谷第三級(jí)階地上，井孔深75.46 m，水溫平均43.5℃，呈夏高冬低年變動(dòng)態(tài)，氡值約360Bq/L。

2 觀(guān)測(cè)方法和觀(guān)測(cè)質(zhì)量

1、2井一直以來(lái)每天08：25±30min相對(duì)固定時(shí)間采用精度為0.1℃經(jīng)標(biāo)定后的標(biāo)準(zhǔn)玻璃水銀溫度計(jì)進(jìn)行溫度觀(guān)測(cè)。在觀(guān)測(cè)過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家的觀(guān)測(cè)規(guī)范和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行觀(guān)測(cè)，認(rèn)真復(fù)查校核整理觀(guān)測(cè)資料，資料的連續(xù)率達(dá)到100%。1、2井觀(guān)測(cè)資料歷年在全國(guó)評(píng)比為優(yōu)秀，全省評(píng)比名列前茅。

3 信宜1、2井的同震響應(yīng)

圖1 信宜1號(hào)井取樣水溫日值曲線(xiàn)Fig.1 Daily Value Curve of Temperature of Water Sample from Xinyi No.1 Well

2004年12月26日印尼8.9級(jí)地震后，1號(hào)井水溫震后次日從75.3℃降至75.2℃，28日起再降至75.1℃，震后最大降幅0.2℃；2號(hào)井水溫28日由43.5℃升43.7℃，持續(xù)3日后恢復(fù)到43.5℃，2005年2月3日再度出現(xiàn)顯著上升，震后最大升幅為2.0℃，此后2005年整年的水溫高于以往正常水平（圖2、3）。

2008年5月12日汶川8.0級(jí)地震后，1號(hào)井水溫在5月18日由75.2℃下降至75.0℃，19日再下降0.1℃，震后最大降幅為0.3℃；2號(hào)井水溫5月13日由44.9℃上升至45.0℃，此后水溫緩慢爬升，到8月1日起升至45.9℃，震后最大升幅為1.0℃，同樣2008年5月后的水溫顯著高于以往正常水平。

2011年3月11日日本9.0級(jí)地震后，1號(hào)井水溫12日由75.2℃下降到75.1℃，22日至4月17日再降0.1℃，震后最大降幅為0.2℃；2號(hào)井水溫，12日由44.3℃上升至44.9℃,升幅達(dá)0.6℃，19日起再上升0.2℃，8月29日起升至45.8℃，震后最大升幅為1.6℃，同樣2011年3月后的水溫顯著高于以往正常水平。

三次大震1、2井水溫均出現(xiàn)了同震響應(yīng)，且三次同震響應(yīng)形態(tài)相近，1號(hào)井均表現(xiàn)為持續(xù)數(shù)月的下降-回升過(guò)程，2號(hào)井均表現(xiàn)為上升過(guò)程，且與正常年變動(dòng)態(tài)疊加，使得往后一年水溫持續(xù)高于正常年份。

圖2 信宜2號(hào)井取樣水溫日值曲線(xiàn)Fig.2 Daily Value Curve of Temperature of Water Sample from Xinyi No.2 Well

4 機(jī)理探討

近年來(lái)，對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)大震引起的水溫下降這一現(xiàn)象，不同學(xué)者提出不同的機(jī)理：劉耀煒等[2]提出的冷水下滲說(shuō)，認(rèn)為井孔含水層周邊上層地下水隨著振動(dòng)效應(yīng)的作用，加大了向下垂直運(yùn)動(dòng)的速率，低溫水快速混入觀(guān)測(cè)含水層中引起溫度的快速下降。石耀霖等[3]提出的熱彌散效應(yīng)機(jī)理，認(rèn)為水分子的彌散系數(shù)與水的宏觀(guān)速度密切相關(guān)，在靜水中彌散系數(shù)很低，在同震水位振蕩時(shí)彌散系數(shù)大增，溫度較高的一些高分子動(dòng)能的水分子彌散到冷的低分子動(dòng)能的水中，以及一些低分子動(dòng)能的水分子彌散到溫度較高處形成水溫的變化，在一定條件下形成同震水溫降低的現(xiàn)象。陳大慶等[4]提出的氣體脫逸模式，認(rèn)為高頻的地震波的彈性應(yīng)力加載會(huì)造成井水位上下振蕩，高頻振蕩會(huì)導(dǎo)致含水層固體骨架中吸附的氣體以及水中溶解氣的脫逸。在氣泡脫逸上升過(guò)程中，其體積增大，對(duì)外做功吸熱，另外氣泡本身攜帶熱量的散失都會(huì)造成井水溫度的下降。

對(duì)于熱彌散效應(yīng)機(jī)理及氣體脫逸模式，更適合解釋短時(shí)的水溫同震下降-回升過(guò)程，氣體脫逸模式井孔有可能觀(guān)察到氣體冒泡溢出等宏觀(guān)現(xiàn)象。信宜1號(hào)井水溫下降-回升的過(guò)程持續(xù)數(shù)月，且水溫下降的同時(shí)未觀(guān)察到氣體冒泡等宏觀(guān)現(xiàn)象。因此熱彌散效應(yīng)機(jī)理及氣體脫逸模式并不適用于解釋1號(hào)井水溫的同震響應(yīng)過(guò)程。由于1號(hào)井水溫較高，達(dá)75℃以上，因此，其機(jī)理更可能是由于井孔含水層周邊冷水層在地震波到達(dá)時(shí)，隨著振動(dòng)效應(yīng)的作用，加大了向下或向上垂直運(yùn)動(dòng)的速率，低溫水混入觀(guān)測(cè)含水層中引起溫度的下降。一段時(shí)間后，隨著混合通道的閉合或運(yùn)動(dòng)速率的恢復(fù)，1號(hào)井水溫逐漸恢復(fù)到原有的水平上。

信宜1、2號(hào)井相距僅2 km，同震響應(yīng)形態(tài)完全相反，1號(hào)井表現(xiàn)為持續(xù)數(shù)月的下降-回升過(guò)程，而2號(hào)井表現(xiàn)為短時(shí)上升及長(zhǎng)達(dá)一年的年動(dòng)態(tài)異常。雖然一個(gè)是降溫，一個(gè)是升溫，但筆者認(rèn)為其同震響應(yīng)的機(jī)理是相近的。1號(hào)井井深500.13 m，2號(hào)井井深75.46 m，是2口距離相近，但觀(guān)測(cè)不同含水層的井孔。2號(hào)井的同震響應(yīng)機(jī)理更可能是由于在地震波到達(dá)時(shí)，隨著振動(dòng)效應(yīng)的作用，加大了下部含水層向上垂直運(yùn)動(dòng)的速率，下部高溫水（75℃）混入上部低溫的觀(guān)測(cè)含水層中引起溫度的上升。而與1號(hào)井不同的是，2號(hào)井由于井深相對(duì)較淺，受大氣影響，年動(dòng)態(tài)為夏高冬低，由于地震波擾動(dòng)而造成的水溫上升與年動(dòng)態(tài)相互疊加，而出現(xiàn)我們現(xiàn)在觀(guān)測(cè)到的同震響應(yīng)形態(tài)。同樣一段時(shí)間后，隨著混合通道的閉合或運(yùn)動(dòng)速率的恢復(fù)，2號(hào)井水溫逐漸恢復(fù)到原有的水平上。

信宜2號(hào)井位于農(nóng)田中，是村民日常用水井，便于宏觀(guān)現(xiàn)象的觀(guān)察，據(jù)村民反映，該井的同震響應(yīng)在水溫升高變化的同時(shí)，伴有斷流、流量減少、井噴等宏觀(guān)現(xiàn)象。這些宏觀(guān)現(xiàn)象從另一方面佐證了水溫的變化是與地殼的應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)的變化有關(guān)，地震波的擾動(dòng)，造成了含水層的變形及相應(yīng)的孔隙壓力的變化，導(dǎo)致井-含水層系統(tǒng)水動(dòng)力條件的改變和水流狀況 (流速、流量等)的改變，這些變化既使得在宏觀(guān)上能觀(guān)察到水溫度產(chǎn)生變化，也能觀(guān)察到流量出現(xiàn)明顯的變化。震后一段時(shí)間水溫的恢復(fù)，表明了這種擾動(dòng)影響的結(jié)束和混合通道的閉合。以上就是信宜1、2號(hào)井水溫同震響應(yīng)的可能機(jī)理。

[1]廣東省地震局.廣東省地震監(jiān)測(cè)志[M].北京：地震出版社，2005.

[2]劉耀煒，楊選輝，劉永銘，等.地下流體對(duì)蘇門(mén)答臘8.7級(jí)地震的影響特征.中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司編.2004年印度尼西亞蘇門(mén)答臘8.7級(jí)大地震及其對(duì)中國(guó)大陸地區(qū)的影響，北京:地震出版社，2005.

[3]石耀霖，曹建玲，馬麗，等.唐山井水溫的同震變化及其物理解釋 [J].地震學(xué)報(bào)，2007，29(3)，105-115.

[4]陳大慶，劉耀煒，楊選輝，等.遠(yuǎn)場(chǎng)大震的水位、水溫同震響應(yīng)及機(jī)理研究 [J].地震地質(zhì)，2007，29(1)，122-132

Abstract：This paper introduces the hydrogeological co ndition of No.1 and No.2 Well,summarizes the water temperature coseismic response phenomenon of the two wells in recent years,and conducts preliminary discussion on the mechanism.It is concluded that,despite of the different coseismic response forms observed in No.2 Well,the meachanism is similar,i.e.the disturbance of the seismic wave,together with the vibration effect,increases the rate of vertical motion among different aquifers and causes the temperature rise or drop;then after a period following the earthquake,the water temperature of No.2 Well gradually returned to the normal level with the closing of the mixing channel or resumption of the motion rate..

KeyWords：Xinyi No.1 and No.2 Well；Water Temperature；Coseismic Response；Mechanism Research

Preliminary Discussion on Water Temperature Coseismic Response and Mechanism of Xinyi No.1 and No.2 Well，Guangdong

LIN Yuncun
（Earthquake Administration of Guangdong Province Xinyi Seismologic Observatory,Xinyi Guangdong 525300）

P315.723

A

1001-8662（2012）02-0133-05

2012-02-06

林云存，男，1957年生，工程師，主要地下流體觀(guān)測(cè)分析工作.E-mail：linyuncun@163.com.