夏開平畢 青張?bào)w移龔 艷付 虹

1）中國(guó)云南652599澄江縣防震減災(zāi)局

2）中國(guó)云南653100玉溪市防震減災(zāi)局

3）中國(guó)云南652700通?？h防震減災(zāi)局

4）中國(guó)昆明650224云南省地震局

澄江井水溫異常映震分析

夏開平1）畢 青2）張?bào)w移3）龔 艷3）付 虹4）

1）中國(guó)云南652599澄江縣防震減災(zāi)局

2）中國(guó)云南653100玉溪市防震減災(zāi)局

3）中國(guó)云南652700通海縣防震減災(zāi)局

4）中國(guó)昆明650224云南省地震局

選取云南澄江井2001年6月以來(lái)的水溫觀測(cè)資料，分析水溫異常變化與地震的對(duì)應(yīng)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)井水溫發(fā)生明顯的突升、突降等短臨異常變化時(shí)，與觀測(cè)井300 km范圍內(nèi)5.0級(jí)以上地震有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)應(yīng)率為62.1%。

水溫特征；短臨異常；映震

0 引言

在地震前兆觀測(cè)中，水溫觀測(cè)只是地?zé)嵊^測(cè)的一種，水溫異常是地?zé)岙惓５闹匾糠?。地?zé)岙惓Ｑ芯康闹饕悸肥牵ㄟ^(guò)對(duì)地下中、淺層地溫場(chǎng)和深井水溫變化的觀測(cè)與分析，探討在構(gòu)造應(yīng)力作用下，熱物質(zhì)運(yùn)移、介質(zhì)能量轉(zhuǎn)化和水動(dòng)力條件改變引起的溫度變化過(guò)程（國(guó)家地震局科技監(jiān)測(cè)司，1995）。筆者通過(guò)對(duì)2001年6月以來(lái)云南澄江井水溫觀測(cè)資料的分析，試圖找出該井水溫異常動(dòng)態(tài)變化與井孔周圍300 km范圍內(nèi)5.0級(jí)以上地震的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得出異常判定標(biāo)準(zhǔn)，用于日常震情跟蹤及短臨預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作。

1 觀測(cè)背景

1.1 井孔概況

澄江縣防震減災(zāi)局水溫觀測(cè)井（以下簡(jiǎn)稱澄江井），海拔1 778 m，位于小江斷裂帶西支次級(jí)斷裂（陽(yáng)宗—澄江斷裂）東側(cè)，周圍地層是震旦系下統(tǒng)澄江組（Zac）深灰色、灰綠色礫巖、砂巖層，觀測(cè)部位是侏羅系下統(tǒng)馮家河組（J1f）深灰色硅質(zhì)灰?guī)r、泥巖、泥灰?guī)r夾灰?guī)r，灰?guī)r呈短柱狀。澄江機(jī)井為靜水位觀測(cè)井，深310 m，0—15 m為磚紅色粘土層，有一定隔水能力；15—161 m為淺灰色灰?guī)r，充填物為磚紅色粘土和灰?guī)r破碎塊狀物；161—206 m為深灰色硅質(zhì)灰?guī)r，巖石硬度強(qiáng)；206—310 m為淺灰色、灰色灰?guī)r。井孔附近無(wú)開采井，周圍無(wú)干擾，觀測(cè)環(huán)境較好。開孔直徑194 mm，終孔直徑91 mm，0—250 m采用無(wú)縫鋼管成井，主要是將地表水封死，250—300 m為主要觀測(cè)部位，采用花管濾水，只開放深層裂隙水，根據(jù)鉆孔鉆探巖蕊揭露的情況看，該段地層裂隙較發(fā)育，巖層破碎，富水性強(qiáng)。數(shù)字式地溫計(jì)探頭放置在井下280 m處，初始溫度20.789 2℃，自2001年6月觀測(cè)以來(lái)溫度比較穩(wěn)定。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造背景

澄江井位于構(gòu)造斷裂帶附近，故井孔鉆于徑向構(gòu)造、北南走向的小江斷裂帶西支次級(jí)斷裂陽(yáng)宗—澄江斷裂附近（圖2）。小江斷裂帶西支主干斷裂從澄江壩區(qū)東側(cè)穿過(guò)，其分支陽(yáng)宗—二街?jǐn)嗔延杀毕蚰洗┻^(guò)澄江盆地匯入撫仙湖，陽(yáng)宗—澄江斷裂沿澄江盆地及撫仙湖西緣穿過(guò)，二者夾持著澄江壩子及撫仙湖，該斷裂帶發(fā)生過(guò)1999年11月25日澄江5.2級(jí)地震，震中距澄江井約2 km。在井孔北東方向100 m處有2個(gè)大的構(gòu)造裂隙水排泄點(diǎn)（上升泉）。

圖1 澄江井井孔柱狀Fig.1 Columnar map of Chengjiang well hole

圖2 澄江井區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造Fig.2 Regional geological structure around well of Chengjiang well

1.3 水溫觀測(cè)儀器

澄江井水溫觀測(cè)選用SZW-1A型數(shù)字式高精度地溫儀，分辨率0.000 1℃，短期穩(wěn)定性0.000 1℃/日，長(zhǎng)期穩(wěn)定性0.01℃/年，絕對(duì)精度±0.05℃，量程0—100℃。儀器可以用交流供電，也可以用直流12 V供電，性能穩(wěn)定。

2 澄江井正常動(dòng)態(tài)特征及影響因素

2.1 正常動(dòng)態(tài)特征

2.1.1 水溫梯度。水溫儀探頭置于井深280 m處，根據(jù)儀器安裝實(shí)測(cè)梯度數(shù)據(jù)，繪制澄江井水溫垂向梯度圖，見圖3，可見水溫探頭處于正梯度段。

2.1.2 （1）水溫正常動(dòng)態(tài)。水溫儀自2001年6月13日安裝投入觀測(cè)以來(lái)，儀器工作穩(wěn)定，僅2007年7月17日至2009年1月14日，因儀器受雷擊、供電故障、通信線路故障等，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、不可靠，數(shù)據(jù)分析時(shí)剔除即可，見圖4。觀測(cè)數(shù)據(jù)沒(méi)有明顯的年變規(guī)律性，井孔溫度波動(dòng)變化幅度較大，最大年變幅度為0.524℃（2005年），大多年份在0.2℃—0.4℃，有升溫、降溫突跳，根據(jù)張彬等（2014）對(duì)井水溫變化的分類，澄江井屬于跳躍型。

圖3 澄江井水溫梯度Fig.3 Water temperature gradient map of Chengjiang well

圖4 澄江井水溫與水位同步對(duì)比分析Fig.4 Comparison and analysis of water temperature and water level in Chengjiang well

（2）同震效應(yīng)明顯。很多觀測(cè)井水溫記錄到強(qiáng)烈地震引起的同震變化或震后效應(yīng)（車用太等，1996），澄江井也多次記錄到同震效應(yīng)。如：2001年11月14日昆侖山口西8.1級(jí)地震，震后22 min出現(xiàn)同震效應(yīng)突降變化，變化幅度0.054 9℃；2004年12月26日印度尼西亞8.7級(jí)地震，震后20 min出現(xiàn)同震效應(yīng)突降變化，變化幅度0.119 8℃；2011年3月24日緬甸7.2級(jí)地震，震后19 min出現(xiàn)同震效應(yīng)突升變化，變化幅度0.055 6℃?？偨Y(jié)認(rèn)為，水溫的同震效應(yīng)特征主要是突降或突升，以突降型居多（圖5）。張磊等（2012）的研究表明，同一口井，在一次地震時(shí)同震響應(yīng)可能為水溫突升，而在另一次地震時(shí)為水溫突降，澄江井同樣如此。井水溫變化能反映井—含水層系統(tǒng)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)的變化，不僅能反映無(wú)震時(shí)含水層的受力狀態(tài)（如固體潮），還對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)大震有顯著同震效應(yīng)。水溫對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)大震的響應(yīng)，是井—含水層系統(tǒng)受到地震波作用的結(jié)果。

圖5 澄江井典型地震事件同震效應(yīng)變化Fig.5 Typical changes of coseismic effects of some events in Chengjiang well

（3）與水位同步變化。澄江井水溫與水位自2001年6月13日起同步觀測(cè)，水位觀測(cè)儀器型號(hào)LN-3（分辨率1 mm），2006年7月7日至2012年3月2日因故障停測(cè)，3月3日恢復(fù)觀測(cè)。水溫與水位變化有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系，從多年觀測(cè)資料分析，基本為負(fù)相關(guān)，當(dāng)水位上升時(shí)，水溫出現(xiàn)下降變化，但水溫變化滯后（圖4），2013年后二者在時(shí)間上變化更為同步。根據(jù)水動(dòng)力學(xué)機(jī)制（魚金子等，1997），即地殼的應(yīng)力—應(yīng)變狀態(tài)變化，引起含水層巖體變形及相應(yīng)孔隙壓力變化，并導(dǎo)致井—含水層系統(tǒng)水動(dòng)力條件（水力梯度）和水流狀況（流速、流量）的改變，由此引發(fā)井水溫度改變。因此，在地殼構(gòu)造應(yīng)力作用下，應(yīng)力場(chǎng)急劇變化，地下水通道發(fā)生改變，致冷水滲入，形成水溫下降負(fù)異常。

2.2 影響因素

從井孔柱狀圖（圖1）可以看出，地表有近15 m磚紅色粘土覆蓋，0—250 m采用套管將地表水封死，250—300 m采用花管開放深層水，儀器探頭置于280 m深處，受地表水影響較??；因井孔周圍巖層裂隙較發(fā)育，巖層破碎，地下水活躍，補(bǔ)給渠道較多，認(rèn)為水溫跳躍式變化主要受地下水含水層變化控制。

SZW-1A型數(shù)字式高精度地溫儀工作穩(wěn)定，受客觀因素影響導(dǎo)致部分缺數(shù)，數(shù)據(jù)連續(xù)率降低。儀器外接直流電瓶供電，當(dāng)電瓶電壓過(guò)低或電瓶損壞時(shí)，同樣影響采數(shù)，即所采數(shù)據(jù)不是真實(shí)水溫。澄江井2010年初出現(xiàn)過(guò)此現(xiàn)象，更換直流電瓶即解決此問(wèn)題。

3 水溫映震分析

3.1 典型地震與水溫

以2003年、2004年2次澄江4.3級(jí)地震及2014年魯?shù)?.5級(jí)與景谷6.6級(jí)地震為例，分析典型與水溫異常變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見圖6，由圖6可見：2003年10月13日水溫出現(xiàn)明顯下降，至10月15日2天內(nèi)下降0.039 4℃，11月22日澄江發(fā)生4.3級(jí)強(qiáng)有感地震，井震距4.5 km，異常結(jié)束至發(fā)震38天；2004年9月26日水溫出現(xiàn)明顯下降，至9月30日4天內(nèi)下降0.010 1℃，10月17日澄江發(fā)生4.3級(jí)強(qiáng)有感地震，井震距4.5 km，異常結(jié)束至發(fā)震17天；2014年6月15日至7月23日，水溫呈明顯“凹型”下降異常，其間出現(xiàn)小幅調(diào)整有升有降，異常最大幅度達(dá)0.233 7℃，異常持續(xù)38天，8月3日發(fā)生魯?shù)?.5級(jí)地震，井震距273 km，10月7日景谷發(fā)生6.6級(jí)地震，井震距287 km。

圖6 澄江井水溫異常與地震關(guān)系(a) 2013年11月22日澄江4.3級(jí)地震； (b) 2014年10月17日澄江4.3級(jí)地震；(c) 2014年魯?shù)?.5級(jí)及景谷6.6級(jí)地震Fig.6 Water temperature anomaly and earthquake in Chengjiang well

3.2 水溫異常與地震關(guān)系分析

選取自2001年6月澄江井投入觀測(cè)以來(lái)周邊半徑300 km范圍內(nèi)5.0級(jí)以上范圍內(nèi)地震（本地對(duì)應(yīng)4.3級(jí)以上，云南省范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)7級(jí)），分析29次顯著水溫異常與范圍內(nèi)18組20次地震的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，后續(xù)發(fā)生地震的有18次，對(duì)應(yīng)率62.1%，其中16次地震在異常結(jié)束后3個(gè)月內(nèi)發(fā)震。澄江井水溫異常與地震對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 澄江井水溫異常與地震關(guān)系分析Table 1 Analysis table of relation between water temperature anomalies in Chengjiang well and earthquakes

3.3 映震分析

從表1可知，澄江井水溫異常與地震有以下關(guān)系：①震前有明顯異常，對(duì)應(yīng)率達(dá)62.1%，也存在有震無(wú)異?；蚴钱惓２幻黠@的情況；②異常類型主要以突降型為主，占59%，突升占24%。據(jù)邱鵬程等（2005）的研究結(jié)果，水溫的突升與突降，是地震在孕育過(guò)程中受孕震應(yīng)力作用，觀測(cè)井所處的承壓水層受到隔水層擠壓，使得地下水排泄速度加快或減慢，井水溫度隨之發(fā)生相應(yīng)改變；③以1次異常對(duì)應(yīng)1次地震為主，還有1次異常對(duì)應(yīng)2次地震的情況，認(rèn)為可能是異常疊加，無(wú)法識(shí)別異常與地震的對(duì)應(yīng)先后關(guān)系；④異常幅度在0.03℃—0.4℃，異常與發(fā)震時(shí)間間隔最短7天、最長(zhǎng)333天，說(shuō)明主要以3個(gè)月以內(nèi)的短期異常為主，且異常幅度較明顯。

4 結(jié)論

（1）澄江井多年觀測(cè)資料分析表明，能記錄到較為豐富的水溫微動(dòng)態(tài)信息，即水溫的地震前兆異常、同震效應(yīng)等（車用太等，2008），因此認(rèn)為，該井對(duì)地震前兆有較強(qiáng)監(jiān)測(cè)能力，與300 km范圍內(nèi)5級(jí)以上地震對(duì)應(yīng)率達(dá)62.1%，絕大多數(shù)震前異?？尚拧⒖煽?。

（2）水溫以突降型短臨異常（3個(gè)月左右）為主，且異常變化幅度在0.03℃—0.4℃。在多年實(shí)際工作中，結(jié)合其他前兆項(xiàng)目及福建省地震活動(dòng)性，多用于年度趨勢(shì)會(huì)商分析，但也有過(guò)短臨預(yù)測(cè)。2003年10月26日、27日澄江祿充一帶分別發(fā)生3.3級(jí)和3.5級(jí)地震，筆者根據(jù)水溫觀測(cè)數(shù)據(jù)的突降異常，結(jié)合其他前兆、測(cè)震資料進(jìn)行深入分析，認(rèn)為發(fā)生破壞性地震的可能性不大，但在澄江縣發(fā)生4級(jí)左右地震的可能性較大，11月22日凌晨在澄江縣龍街鎮(zhèn)發(fā)生4.3級(jí)地震，預(yù)測(cè)效果較好。對(duì)于地震趨勢(shì)預(yù)測(cè)，多為虛報(bào)或預(yù)測(cè)時(shí)間、地點(diǎn)不準(zhǔn)確，說(shuō)明單靠一個(gè)水溫觀測(cè)井的資料很難對(duì)地震三要素進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。

多年觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，水溫突升異常也能對(duì)應(yīng)井震距300 km以上地震，加之該井水溫異常與地震的對(duì)應(yīng)關(guān)系較為復(fù)雜，且受水位升降影響，有很多有異常而無(wú)地震對(duì)應(yīng)情況，在實(shí)際工作中容易造成對(duì)短臨地震的虛報(bào)或漏報(bào)。

車用太，劉成龍，等.井水溫度微動(dòng)態(tài)及其形成機(jī)制[J].地震，2008，28（4）：20-28.

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Seismic analysis of water temperature anomaly in Chengjiang well

Xia Kaiping1)，Bi Qing2)，Zhang Tiyi3)，Gong Yan3)and Fu Hong4)
1) Chengjiang Earthquake Prevention and Disaster Mitigation Bureau,Yunnan Province 652599,China
2) Yuxi Earthquake Prevention and Disaster Mitigation Bureau,Yunnan Province 653100,China
3) Tonghai Earthquake Prevention and Disaster Mitigation Bureau,Yunnan Province 652700,China
4) Earthquake Administration of Yunnan Province,Kunming 650224,China

Selecting the temperature observation data of Chengjiang well in Yunnan since June 2001,the relationship between the anomalous changes of water temperature and earthquake is analyzed.It is found that the sudden short impending anomalous changes of water temperature,such as signifi cant increasing or decreasing,has a good relationship with M≥5.0 earthquakes occurred within the range of 300 km around the observation well,the corresponding rate is 62.1%.

characteristics of water temperature，short impending anomaly，earthquake refl ecting ability

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.05.015

夏開平（1975—），男，云南澄江人，工程師，主要從事地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作

2014年滇南重點(diǎn)危險(xiǎn)區(qū)震情跟蹤專項(xiàng)

本文收到日期：2015-03-06