崔居全，杜桂林，荊 強，徐芳芳，朱音杰，鞠述曄，畢可戰(zhàn)，孟祥剛

(1.榮成地震臺，山東 榮成 264500；2.威海市地震局，山東 威海 264200；3.威海中威地震工程有限公司，山東 威海 264200)

榮成魯32井水溫動態(tài)變化及異常分析

崔居全1，杜桂林2，荊 強1，徐芳芳1，朱音杰1，鞠述曄3，畢可戰(zhàn)3，孟祥剛3

(1.榮成地震臺，山東 榮成 264500；2.威海市地震局，山東 威海 264200；
3.威海中威地震工程有限公司，山東 威海 264200)

總結(jié)了魯32井水溫正常動態(tài)特征以及自然環(huán)境干擾形態(tài)特征，探究魯32井水溫異常變化特征，通過對該井周圍500 km范圍內(nèi)中等地震及遠場大震發(fā)生時間、空間與水溫異常時段對比，發(fā)現(xiàn)兩者對應關系良好，綜合分析已有數(shù)據(jù)資料認為，魯32井水溫存在附加地熱場異常變化的構(gòu)造條件，可作為近場中等地震前兆異常和遠場大震前兆異常中短期判別指標之一。

水溫異常；地震；附加地熱場；魯32井

0 引言

地下流體研究工作是地震預報分析的一項重要內(nèi)容[1-2]，車用太等[3-4]總結(jié)了中強地震前地下水位的變化特征，建立一種中強地震的預報方法。高小其等[5]提取了新疆及鄰近地區(qū)7組7級以上地震的地下流體前兆異常特征，總結(jié)和歸納了該地區(qū)大震的判定指標。而地下水水溫動態(tài)變化是地下水動態(tài)變化的一個重要方面，也反映了地殼內(nèi)部應力變化的特征，但是，“判定地下水水溫動態(tài)變化是否由構(gòu)造活動引起”對于地震預報分析工作非常重要[6-8]。

魯32井水溫自2007年6月正式觀測以來共出現(xiàn)4次數(shù)據(jù)波動，其中第3次波動期間近場(≤500 km)發(fā)生了3次M4.0級以上地震，第4次波動近場發(fā)生了1次ML5.3級地震，遠場(≥1 000 km)發(fā)生了日本MS9.0級地震及其前震和強余震。該井距離近場地震500 km內(nèi)，處于相關構(gòu)造帶，距離遠場地震1 800 km，屬于山東最靠近遠場震中的觀測井，本文對水溫異常變化進行了分析，探討了水溫異常變化與上述地震的關系。

1 觀測井及觀測資料簡介

1.1 觀測井情況

魯32井位于山東省最東端的榮成市成山鎮(zhèn)松埠嘴村，位置處于蓬萊-威海斷裂帶的東端，陸地上最近的斷裂為海西頭-俚島斷裂(圖1)。觀測含水層為花崗巖裂隙水，井孔現(xiàn)有深度94 m。該井自2007年6月正式采用SZW-1A型數(shù)字水溫儀進行水溫觀測，探頭投放深度為89.75 m ，采用LN-3A數(shù)字水位儀進行數(shù)字化水位觀測，探頭投放深度為7.111 m 。

圖1 榮成魯32井構(gòu)造位置圖(修改自晁洪太等[8]、葛孚剛等[9])

1.2 觀測資料簡介

投測以來該井水溫測值就顯示趨勢性穩(wěn)定上升變化(圖2)，水溫日變顯示為隨機起伏型(圖3)。依據(jù)2010年中國地震局地下流體學科技術協(xié)調(diào)組制定的評估原則[5]，魯32井具有5年以上連續(xù)資料，周圍環(huán)境對觀測資料變化無明顯影響，且有震例可以驗證，屬于觀測資料較好的觀測井。

a 2007年3月25日—2011年12月31日水溫整點值曲線圖

b 2008年1月26—28日水溫整點值曲線圖

2 水溫動態(tài)變化數(shù)據(jù)分析

自2007年6月魯32井水溫儀正式投入運行至2011年12月期間水溫儀觀測數(shù)據(jù)顯示出現(xiàn)了4次波動(圖3)。

圖3 2007年6月1日-2011年12月31日魯32井水溫與降水量整點值對比曲線圖

2.1 第1、第2處數(shù)據(jù)波動分析

在第1、2次數(shù)據(jù)波動期間全球發(fā)生90多次6級以上地震，其中包括5.12汶川地震，均未發(fā)現(xiàn)明顯地震異常，同時段臺站周圍(500 km范圍內(nèi))無大于ML4.0級地震發(fā)生。

這2個時段恰好處在雨季，降雨量較大(表1)，而且經(jīng)實際檢查發(fā)現(xiàn)該時段內(nèi)除了降雨影響因素外，并未發(fā)現(xiàn)其他干擾因素。從水溫與降水量的對比曲線來看(圖4)，這2處水溫數(shù)據(jù)波動主要是由于降水原因造成的。

2.2 第3、第4處數(shù)據(jù)波動分析

第3次波動時間為2009年12月中旬—2010年4月2日，第4次波動時間為2010年12月24日—2011年3月12日，上述時間不屬于雨季，經(jīng)查水位和降雨量曲線無明顯變化。水溫數(shù)據(jù)的上升與突降變化，與降雨量和靜水位變化不一致(圖5)。

表1 降雨量統(tǒng)計表

圖4 2007年6月—2008年11月魯32井水溫與降雨量對比曲線圖

圖5 魯32井靜水位與水溫對比觀測曲線圖

為查明是否為儀器故障所致，使用同類型水溫儀進行同井對比觀測，2011年2月8日-3月19日對比觀測期間，2臺水溫儀產(chǎn)出的數(shù)據(jù)基本一致(圖6)。對比觀測結(jié)果表明，儀器系統(tǒng)無問題，可排除儀器故障問題，但異常變化是客觀存在的。

圖6 魯32井水溫對比觀測曲線圖

2.2.1 異常原因分析

地殼流體是反映地殼應力與變形關系最敏感的介質(zhì)。在地震孕育過程中，當隨著應力的增強影響到含水層時，含水層發(fā)生變形并改變水流狀態(tài)，從而引起地下流體發(fā)生變化，如水位、水溫、水氡等。地下水溫的變化在某種程度上是構(gòu)造應力作用的客觀反映[7]。同時地震的孕育、發(fā)生和調(diào)整過程，由于應力場作用，產(chǎn)生附加地熱場，水溫基值發(fā)生變化，周期畸變或消失，這種附加地熱動態(tài)是可以恢復的。

中國大陸地殼運動狀態(tài)示意圖顯示榮成魯32井水溫觀測井所處地質(zhì)體受歐亞板塊北西西方向壓應力和太平洋板塊向西擠壓共同作用[9]。應力應變的不斷積累將會通過地震釋放，地震的發(fā)生又與地質(zhì)構(gòu)造帶密切相關，因此對于魯32井水溫異常分析應從近場構(gòu)造與遠場大震影響2個方面探究原因。

2.2.2 區(qū)域及近場地震構(gòu)造分析

區(qū)域內(nèi)主要受沂沭斷裂帶、蓬萊—威海斷裂帶、牟平—即墨斷裂帶、千里巖斷裂、北黃海坳陷盆地、南黃海凹陷盆地和海西頭-俚島斷裂的影響[9-11]。

從空間位置上看，距離魯32井均在500 km范圍內(nèi)，從構(gòu)造上分析，觀測井所處蓬萊—威海構(gòu)造帶末端，板塊運動產(chǎn)生的區(qū)域北西西向擠壓應力和渤海上地幔隆起及其產(chǎn)生的構(gòu)造應力聯(lián)合作用，控制著渤海及周圍地區(qū)的斷裂和地震活動。

在第3處、4處水溫異常變化期間，在燕渤帶及井周圍500 km范圍內(nèi)分別發(fā)生了4次ML≥4.5級地震(表2、圖7)，而其他時段沒有本級別以上地震發(fā)生的情況。

表2 ML≥4.5級地震參數(shù)表

圖7 魯32井水溫觀測日均值曲線與地震標注圖

綜上所述，在魯32井水溫第3處波動期間和第4處水溫大幅度上升時段，構(gòu)造區(qū)域500 km范圍內(nèi)發(fā)生地震的強度和頻度明顯高于井水溫正常動態(tài)時段，而該井所處特殊構(gòu)造部位，其應力變化應能客觀反映構(gòu)造地震的發(fā)生信息，作為地震前兆異常判別指標具有一定可信度，但異常持續(xù)時間、異常幅度與地震空間位置和震級對應關系有待進一步研究。

2.2.3 遠場大震影響

該井水溫異常變化還存在遠場大震影響，日本2011年3月大地震產(chǎn)生的附加地熱場就導致該井出現(xiàn)地震前兆、同震效應、震后調(diào)整與恢復穩(wěn)定變化的過程(圖8)。

圖8 日本地震附加地熱場變化情況及地震時段曲線變化情況圖

這次大地震位于日本海溝西側(cè)的日本東海岸，是由于太平洋板塊沿日本海溝向西俯沖歐亞板塊，致使歐亞板塊向東反彈逆沖所致，地震發(fā)生的日本海槽大致走向南北向，斷層西傾，傾角很緩約15°～20°。根據(jù)地震規(guī)模估算，斷層破裂可能約500 km。經(jīng)研究地震是由長約500 km、寬約200 km的巨大斷層出現(xiàn)最大20 m的位移而引發(fā)， 膠東半島在此地震下所引發(fā)的構(gòu)造運動，直接表現(xiàn)在魯32井水溫變化上的有同震階變和震后恢復，此外，水溫第4處波動是否能作為日本遠場大震的地震前兆異常有待進一步研究。

除2011年3月11日日本9.0級地震及其前震強余震與魯32井水溫密切相關外，在第3處水溫異常變化時段內(nèi)還發(fā)生了智利8.8級地震，其它地震的發(fā)生時刻井水溫無明顯幅度變化，包括5·12汶川地震在內(nèi)(圖9)。

圖9 水溫整點值曲線(全球8.0級以上地震標注)

3 結(jié)論與討論

(1)經(jīng)多次查證此井周圍無明顯人為干擾，與同型號儀器對比觀測結(jié)果一致，說明該井的觀測系統(tǒng)沒有問題，且反應靈敏，可以記到異常變化。

(2)經(jīng)與水位、降水量對比分析，該井水溫4處波動異常中，前2處為自然環(huán)境變化導致，后2處則為異常變化。

(3)魯32井位于蓬萊-威海斷裂帶末端，鄰近北黃海坳陷、南黃海坳陷和沂沭帶及其分支構(gòu)造，構(gòu)造應力變化能傳遞到水溫變化上來，故一定程度上反映了構(gòu)造變動和地震發(fā)生的信息，水溫異常時段，構(gòu)造區(qū)域500 km范圍內(nèi)發(fā)生地震的強度和頻度明顯高于觀測井水溫正常動態(tài)時段，作為地震前兆異常判別指標具有一定可信度，但異常持續(xù)時間、異常幅度與地震空間位置和震級對應關系有待進一步研究。

(4)井水溫異常變化存在遠大震影響，特別是日本2011年3月11日大地震產(chǎn)生的附加地熱場導致該井出現(xiàn)地震前兆、同震效應、震后調(diào)整與恢復穩(wěn)定變化過程，從板塊運動和應力集中角度也能證明其影響機理成立。智利2010年2月27日大地震發(fā)生在南半球距離較遠，震時未見水溫同震階變和水震波現(xiàn)象，雖然發(fā)生在水溫異常波動期間，但不能確定為遠大震影響該井的證據(jù)。

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Water Temperature Dynamic Changes and Anormaly Analysis in Rongcheng Lu-32 Well

CUI Ju-quan1, DU Gui-lin2, JIN Qiang1, XU Fang-fang1, ZHU Yin-jie1,

JU Shu-ye3, BI Ke-zhan1, MENG Xiang-gang1

(1. Rongcheng Seismic Staion, Shandong Rongcheng 264500, China;
2. Earthquake Administration of Weihai, Shandong Weihai 264200, China;
3. Weihai Zhongwei Earthquake Engineering Co., Ltd., ShandongWeihai 264200, China)

Normal dynamic characteristics and natural environment interference characteristics of the water temperature in Lu-32 well are summary in this paper. To explore well water temperature anomaly variation characteristics, medium earthquake within the range of 500km from the well and far field great earthquakes are contrasted including their occurring time, space and water temperature anomalies, and it is found that there are good corresponding relations. Comprehensive analysis of existing data shows that there are additional tectonic conditions of temperature geothermal field changes of the well temperature, which can be used as one of discriminant index for precursory anomaly of near-field medium earthquakes and medium-short-term precursory anomaly of far-field great earthquakes.

water temperature anomalies; earthquake; additional geothermal field; Lu-32 well

10.3969/j.issn.1003-1375.2014.04.007

2014-09-16

山東省地震局合同制科研項目(項目編號：12Q07)

崔居全(1977—)男，工程師，主要從事地震監(jiān)測與臺站管理工作.E-mail：duguilin2100@163.com.

P315.723

A

1003-1375(2014)04-0034-05