于春頌 張環(huán)曦 周劍青張墨思 佟 鑫 夏偉奔

1）河北省地震局秦皇島中心臺，秦皇島066100 2）中國地震臺網(wǎng)中心，北京100045

學(xué)術(shù)論文

昌黎井水溫異常與地震關(guān)系初析＊

于春頌1）張環(huán)曦1）周劍青1）張墨思1）佟 鑫1）夏偉奔2）

1）河北省地震局秦皇島中心臺，秦皇島066100 2）中國地震臺網(wǎng)中心，北京100045

昌黎井水溫具有較規(guī)律性的年變化動態(tài)趨勢，同時具有比較明顯的震前、震時和震后異常。通過整理分析昌黎井水溫資料，根據(jù)昌黎井水溫變化機理，重點分析昌黎井水溫對應(yīng)2012年唐山5·28地震前兆異常暨長趨勢異常，發(fā)掘昌黎井水溫所包含的地震短臨前兆信息，為今后更好地利用昌黎井水溫資料進行分析預(yù)報工作提供幫助。

水溫；地震；前兆異常

引言

地下流體觀測是我國開展地震監(jiān)測工作的重點，水溫觀測作為地下流體觀測的一項重要手段，一直受到地震專家的高度重視。許多地震專家對取得的豐富水溫資料進行了仔細研究，得出了各種水溫變化機理，提取了很多地震前兆信息，特別是數(shù)字化水溫儀器投入觀測以來，水溫觀測資料的質(zhì)量進一步提高，它包含了大量的地震前兆信息。因此，對水溫資料進行分析研究，對地震預(yù)測工作意義重大。

1 昌黎井臺站地理、地質(zhì)構(gòu)造情況及基礎(chǔ)資料

秦皇島中心臺何家莊地震臺昌黎井位于昌黎城區(qū)東部，緊鄰205國道，位于39°N，119°E，在昌黎葡萄酒廠院內(nèi)，井孔地面高程15．0 m，屬熱水自流井。昌黎井地處燕山山前平原、飲馬河沖積扇上，在昌黎—寧河斷裂北側(cè)約1．5 km處。該井成井于1975年12月，1976年1月正式投入觀測。該井深301．4 m，地表至地下75．76 m為第四系粘土、細砂；75．77～85．84 m為中粗砂夾礫石含水層，85．84 m以下為前震旦紀混合花崗巖和角閃斜長片麻巖，172～180 m處巖石破碎，為主要的出水段。地下水類型為脈沖狀裂隙水，補給區(qū)為北部山區(qū)及北東向低山丘陵區(qū)，排泄于上覆中粗砂夾礫石含水層。井管0～91．92 m的井孔直徑為170 mm；91．92 m至井底井徑為110 mm。完井后下φ168 mm套管至91．92 m，其下為裸眼出水，水泥止水段長15 m。井內(nèi)下φ13 mm塑料管至79 m，出水口由φ13 mm塑料管引出。

昌黎井的水溫觀測儀器為SZW-1數(shù)字水溫觀測儀，傳感器埋深為180 m，對應(yīng)主要出水段。儀器自2002年首都圈工程安裝后工作一直正常，取得的觀測資料質(zhì)量較高，真實記錄了昌黎井水溫的變化趨勢，水溫觀測資料質(zhì)量可靠。

2 昌黎井水溫多年變化趨勢及異常分析

本文選取昌黎井2004年8月—2010年11月資料進行分析，其日均值如圖2所示。

昌黎井水溫觀測數(shù)值正常年變幅在0．1℃內(nèi)，月變和日變值在0．01℃內(nèi)，水溫正常時值平均變化量為0．001℃，水溫數(shù)據(jù)2004年8月—2006年5月總體呈上升趨勢，2006年5月—2010年10月總體呈平緩下降趨勢，整體趨勢中存在4個峰值和1個臺階變化，分別為2005年8月1—19日水溫突升0．035℃；2006年5月4—11日水溫突升0．02℃；2006年6月1日—7月16日水溫下降0．02℃，7月16日突升0．03℃；2008年5月突升0．02℃；2011年3月11日臺階突升0．02℃。這幾次變化與正常日變、月變明顯不同，超出正常變化量的20倍，應(yīng)認定為異常［1］。

昌黎井距離唐山老震區(qū)直線距離為60 km。研究表明，唐山老震區(qū)地震地質(zhì)活動可能直接改變昌黎井含水層的應(yīng)力狀態(tài)，從而引起昌黎井水溫的較大變化，由此得出昌黎井水溫變化與唐山老震區(qū)及其他地區(qū)地下地震地質(zhì)活動有較好的對應(yīng)關(guān)系。

根據(jù)對昌黎井水溫數(shù)據(jù)的分析，推斷出昌黎井所在地區(qū)地下地質(zhì)活動的頻度和力度，認為2005年、2006年和2008年可能為昌黎井所在地區(qū)地質(zhì)活動異常年，而2008年—2011年8月，水溫因日本地震影響出現(xiàn)臺階，總體呈現(xiàn)平緩下降狀態(tài)，應(yīng)為水溫長趨勢異常。昌黎井水溫異常對應(yīng)的地震情況見表1。

（1）昌黎井水溫2005年8月異常對應(yīng)日本地震。圖3顯示，昌黎井水溫在2005年8月1—19日出現(xiàn)3次明顯的震蕩上升下降異常，峰值與昌黎井正常值相差0．04℃，震蕩周期為1周左右。日本地震發(fā)生在2005年8月16日，水溫異常與該地震具有良好的對應(yīng)關(guān)系，其中8月1—16日水溫變化為地震前兆異常，16—19日為水溫震后變化。

（2）昌黎井水溫2006年5月異常對應(yīng)印尼地震。圖4顯示，昌黎井水溫2006年5月4—13日出現(xiàn)明顯上升—下降異常，水溫5月4日開始快速上升，至5月6日達到峰值后開始快速下降，5月7—13日水溫緩慢下降，13—14日水溫緩慢上升。水溫5月6日達到峰值，日變化幅度達到0．025℃，5月6日后開始下降。該異常持續(xù)時間為10 d，5月16日印尼發(fā)生7．3級地震，該異常應(yīng)為印尼地震的震前異常。

（3）昌黎井水溫2008年5月異常對應(yīng)汶川地震。圖5顯示，昌黎井水溫5月1日開始緩慢下降，至5月12日達到最低值，水溫緩慢下降變化為汶川地震震前異常；震后昌黎井水溫出現(xiàn)突跳上升，應(yīng)為汶川地震引起昌黎水溫變化的同震反應(yīng)。

（4）昌黎井水溫2011年3月異常對應(yīng)日本地震。圖6顯示，昌黎井水溫自2011年2月一直處于緩慢上升的趨勢，在2011年3月11日水溫突跳上升，出現(xiàn)峰值，水溫日值上升達到0．12℃，突跳上升幅度巨大。日本地震發(fā)生在2011年3月11日，水溫異常與日本地震具有良好的對應(yīng)關(guān)系。昌黎井水溫異常持續(xù)時間為3月11日—4月26日，應(yīng)為昌黎井水溫對應(yīng)日本地震的震后反應(yīng)。

3 昌黎井水溫異常對應(yīng)唐山5·28地震前兆異常分析

本文選取2012年1月—2012年6月水溫資料進行分析，繪制曲線如圖7所示。

圖中顯示昌黎井水溫自2012年1月一直處于緩慢上升趨勢，水溫最低值與2012年6月份的相對高值相差0．08℃，水溫平均日上升值為0．000 4℃，但在2012年3月30日水溫突跳上升，出現(xiàn)峰值，水溫日值上升達到0．02℃，突跳上升幅度較大，為平均日變量的50倍，可判定為突跳異常。昌黎井水溫異常持續(xù)時間為2012年1月—2012年7月，之后水溫保持平穩(wěn)趨勢。

根據(jù)以往的研究，昌黎井水溫對應(yīng)地震具有不同類型地震有著不同的映震反應(yīng)，尤其是對日本及印尼地震映震效應(yīng)明顯，能夠很好地反映環(huán)太平洋地震帶的地震活動，但與內(nèi)陸地震的對應(yīng)關(guān)系不太明顯（青海、新疆、俄羅斯等），這可能與昌黎井毗鄰渤海有關(guān)。昌黎井水溫映震機理目前尚不十分明確，可能與地震發(fā)生的類型、方位、地震震中與昌黎井的距離、地震震級均有關(guān)系，要徹底揭示昌黎井水溫映震機理，需要進一步監(jiān)測和總結(jié)。昌黎井水溫前兆異常對應(yīng)遠震大震一般表現(xiàn)為緩慢下降—突跳上升—緩慢下降，且同震效應(yīng)明顯，出現(xiàn)峰值，應(yīng)與遠震釋放能量較大有關(guān)；對應(yīng)近震前兆異常表現(xiàn)為持續(xù)上升，震前出現(xiàn)峰值。

2012年5月28日河北省唐山市古冶區(qū)與灤縣交界發(fā)生4．8級地震，地震宏觀震中位于古冶區(qū)的王輦莊鄉(xiāng)。震中烈度為Ⅴ度，位于華北地震帶與張家口—渤海地震帶交匯處，震源機制解P軸方位為SEE，T軸方位為SSW，接近水平，震源斷層面的滑動角為178°，地震類型為右旋走滑型，是1976年唐山7．8級地震晚期余震的正常起伏［2］。昌黎井水溫長時間持續(xù)上升和突跳異常與唐山礦水位、豐南礦水位異常時間對應(yīng)較好，應(yīng)為2012年5月28日唐山4．8級地震和2012年6月17日唐山玉田4．2級地震的前兆異常。

昌黎井水溫觀測儀器傳感器埋深為180 m，對應(yīng)主要破碎巖石出水段，構(gòu)造和地質(zhì)活動能量易對該種巖石結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。魚金子等［3］根據(jù)觀測數(shù)據(jù)、異常特征等提出了水動力學(xué)機制，即含水層變形—含水層內(nèi)孔隙壓力變化—井—含水層系統(tǒng)內(nèi)水流變化—井水溫度變化，說明構(gòu)造和地震活動引起了含水層變形，而含水層變形導(dǎo)致含水層受力狀態(tài)的改變，從而引起水溫發(fā)生異常變化。昌黎井所處的寧河—昌黎地震帶位于震中東部，地質(zhì)構(gòu)造類型較為一致。該地震與昌黎井井震距為50 km，震中地質(zhì)構(gòu)造活動釋放能量作用于昌黎井，含水層受到擠壓，底層較高溫度的水迅速向上運移，與上層水形成熱交換，造成儀器探頭所在水層水溫快速上升。

4 結(jié)論

通過以上對昌黎井水溫資料的初步分析，認為：

（1）昌黎井水溫異常變化具有明顯的前兆及震后效應(yīng)。

（2）昌黎井水溫2012年1—5月異常變化為唐山5·28地震的前兆異常，昌黎井水溫變化與唐山老震區(qū)的地震活動關(guān)系密切，應(yīng)加強關(guān)注。

（3）昌黎井水溫觀測映震靈敏度較高，有可能捕捉到地震前兆異常短臨信息。

（作者電子信箱，于春頌：2005ycs＠163．com）

［1］張環(huán)曦，于春頌，郭建芳，等．昌黎井?dāng)?shù)字化水溫資料分析．地震地磁觀測與研究，2012，33（5）：188-192

［2］張躍剛，王玉珍，尹寶軍，等．2012年5月28日河北省唐山4．8級地震．中國地震，2013，29（2）：219-229

［3］魚金子，車用太，劉五洲．井水溫度微動態(tài)形成的水動力學(xué)機制研究．地震，1997（4）：389-396

Analysis on the relationship between earthquake and precursory anomaly of water temperature of Changli well

Yu Chunsong1），Zhang Huanxi1），Zhou Jianqing1），Zhang Mosi1），Tong Xin1），Xia Weiben2）
1）Qinhuangdao Seismic Station，Earthquake Administration of Hebei Province，Qinhuangdao 066100，China 2）China Earthquake Networks Center，Beijing 100045，China

The change and dynamic trend of water temperature of Changli well has more annual regularity with obvious anomaly before，during，and after earthquake．In this paper，by analyzing the water-temperature data of Changli well，and according to the mechanism of water temperature data changes，the relationship between the water temperature and the precursory anomalies of May 28th，2012 Tangshan earthquake is chiefly analyzed，especially the long abnormal trend，to figure out the impending precursory information of earthquake which contained in the water temperature of Changli well．It is helpful to the better use of the water temperature data of Changli well for analysis and forecasting work in the future．

water temperature；earthquake；precursory anomaly

P315．72；

A；

10．3969／j．issn．0235-4975．2014．07．004

2014-01-06；

2014-03-05。

河北省2013年地震科技星火計劃項目“昌黎中層水溫對應(yīng)唐山5·28地震前兆分析”資助。