段勝朝

（云南省地震局騰沖地震臺(tái)，云南 騰沖 679100）

騰沖臺(tái)水溫、水位對(duì)尼泊爾8.1級(jí)地震的同震響應(yīng)特征分析

段勝朝

（云南省地震局騰沖地震臺(tái)，云南 騰沖 679100）

介紹了騰沖臺(tái)水溫、水位觀測井的地理位置、地質(zhì)構(gòu)造條件和水溫、水位儀器布設(shè)、運(yùn)行情況。對(duì)騰沖臺(tái)水溫、水位以及尼泊爾8.1級(jí)地震的同震響應(yīng)特征分析，結(jié)果顯示：尼泊爾8.1級(jí)地震引起的騰沖臺(tái)水溫、水位同震響應(yīng)表現(xiàn)形態(tài)為水位下降-水溫上升型，同震效應(yīng)表現(xiàn)非常顯著。水溫同震響應(yīng)滯后于水位同震響應(yīng)。當(dāng)水位產(chǎn)生同震響應(yīng)時(shí)，水震波引起井孔內(nèi)不同溫度層位的井水多次對(duì)流和摻混，致使水溫產(chǎn)生同震響應(yīng)變化。水位同震響應(yīng)持續(xù)時(shí)間比水溫持續(xù)時(shí)間短，但水位的響應(yīng)程度相比水溫要?jiǎng)×摇?/p>

尼泊爾8.1級(jí)地震；水溫；水位；同震響應(yīng)

0 引言

2015年4月25 日14時(shí)11分，尼泊爾第二大城市、著名旅游勝地博克拉（28.2°N， 84.7°E）發(fā)生8.1級(jí)地震，震源深度20 km。尼泊爾全境、中國西藏、印度新德里等地震感強(qiáng)烈。地震造成尼泊爾境內(nèi)8019人遇難，超過17866人受傷；造成中國西藏多人不同程度受傷和死亡。受災(zāi)范圍近20萬平方公里。

地震震中距離云南省地震局騰沖地震臺(tái)（25.02 度°N， 98.52°E） 1417 km， 騰沖臺(tái)水溫、水位產(chǎn)生同震響應(yīng)。近年來，遠(yuǎn)場大震引起的地震地下流體同震響應(yīng)現(xiàn)象越來越受到國內(nèi)外許多學(xué)者的關(guān)注。孫小龍等[1]分析認(rèn)為：井水位與水溫對(duì)遠(yuǎn)場大震的響應(yīng)是井-含水層受到地震波作用的結(jié)果，并且同一觀測井中的水溫、水位之間存在著一定的關(guān)系。本文通過對(duì)騰沖臺(tái)水溫、水位對(duì)尼泊爾8.1級(jí)地震的同震響應(yīng)形態(tài)分析，試圖了解其同震響應(yīng)特征及其相關(guān)關(guān)系。

1 臺(tái)站井孔及觀測儀器概況

騰沖臺(tái)地處怒江深大斷裂、瀘水-瑞麗斷裂以西，臺(tái)址位于以全新世沖積層、熔巖為基底的騰沖盆地東側(cè)近山麓地帶，處在騰沖火山分布區(qū)內(nèi)，騰沖盆地屬熔巖盆地堆積地貌類型，臺(tái)站后靠東山為近代火山，成近南北向線狀排列。構(gòu)造極為發(fā)育，各組斷裂于盆地內(nèi)被第四紀(jì)堆積物所覆蓋，其基底由燕山期花崗巖構(gòu)成，臺(tái)站位于騰沖-龍陵地震區(qū)是云南地塊與歐亞帶板緣最近的地震區(qū)，于緬北密支那一帶構(gòu)造相連，地震密集不可分。騰沖-龍陵地震區(qū)內(nèi)含三條主要活動(dòng)構(gòu)造即怒江斷裂、大盈江斷裂和龍陵-瑞麗斷裂。以怒江斷裂和瑞麗-龍陵斷裂帶為主體，構(gòu)成一條弧形構(gòu)造帶，騰沖盆地位于該構(gòu)造帶向南東凸的弧頂部位；這三條活動(dòng)構(gòu)造都延伸到緬甸境內(nèi)。

1999年在騰沖臺(tái)院內(nèi)新鉆了一口專用觀測井（騰沖臺(tái)2號(hào)機(jī)井），井深120 m，非自流井。該井位于NE向大盈江斷裂與SN向怒江斷裂交匯處，構(gòu)造位置重要。觀測井孔周圍地層主要出露第四系沖洪積、湖積、殘坡積及第四紀(jì)以來的火山巖。騰沖臺(tái)觀測井孔位于騰沖盆地中部東測邊緣近山麓地帶，騰沖盆地屬熔巖盆地堆積地貌類型，堆積物主要由沖積、沖洪積、沖湖積之砂礫石層、粘土層并夾泥炭、硅藻土等組成；盆地海拔標(biāo)高1620～1640 m，與周圍山峰比高200～800 m；觀測井孔東山區(qū)為近代火山巖分布區(qū)，屬火山穹丘地貌類型，火山呈近南北向線狀排列。根據(jù)地下水賦存條件，水力特征和水理性質(zhì)，可將井孔周圍盆地及山區(qū)地下水類型劃分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩大類。松散巖類孔隙水主要含水層有全新統(tǒng)沖積層（Q4a1）、全新統(tǒng)洪積層（Q4p1）及上更新統(tǒng)沖積層（Q3a1）?？锥戳严端畬佑邢赂陆y(tǒng)安山巖及熔結(jié)凝灰?guī)r，觀測井孔揭露地層即該含水層，水量中等豐富，見圖1。

騰沖臺(tái)數(shù)字化水溫、水位在同一井內(nèi)觀測。水溫儀器為SZW-1A型水溫儀，觀測精度優(yōu)于0.0001℃，根據(jù)觀測井鉆孔結(jié)構(gòu)及地層柱狀圖和水溫梯度測試結(jié)果（圖2a），傳感器探頭放在井下110 m處（圖2b），儀器運(yùn)行以來，工作性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)連續(xù)率達(dá)99.99%。

水位儀器型號(hào)為LN-3A型數(shù)字化水位儀，初始安裝的基本情況：①探頭投放深度h：12.55m(從井口標(biāo)志點(diǎn)至傳感器投放深度)；②儀器顯示深度h0：4.98 m （傳感器在水下投放深度m）；③ 儀器顯示水位埋深值H：7.568 m（儀器產(chǎn)出的水位埋深值）；④儀器運(yùn)行狀況：正常。

水位儀2010年1月15日校測水位出現(xiàn)超差，16日重校仍超差，經(jīng)查為探頭工作狀態(tài)不穩(wěn)定，需更換探頭。18日更換探頭，并對(duì)探頭下放1 m、2 m、3 m分段校測，儀器分別顯示結(jié)果為：0.9855、1.972、2.977，相對(duì)誤差約為1.2%；最終探頭下放至10.50 m，并校測水位，校測結(jié)果|δ|=0.64%﹤2%，傳感器工作正常，可以使用。

觀測井井口裝置、儀器探頭位置及安裝連接情況見圖2。

2 同震響應(yīng)形態(tài)分析

對(duì)騰沖臺(tái)水溫、水位資料分析，發(fā)現(xiàn)在2015年4月25日14時(shí)11分尼泊爾地震發(fā)生時(shí)，水溫、水位均出現(xiàn)了較為明顯的同震響應(yīng)形態(tài)。

2.1 水溫同震響應(yīng)

騰沖臺(tái)數(shù)字化水溫正常日動(dòng)態(tài)特征表現(xiàn)為突跳式隨機(jī)起伏型，日變化幅度很小，約為0.0003℃～0.001℃，說明觀測含水層受外界影響較小，封閉性較好，數(shù)據(jù)很穩(wěn)定[2]。尼泊爾8.1級(jí)地震發(fā)生之后，水溫表現(xiàn)為小幅上升-連續(xù)急速階升-維持在最高值水平-連續(xù)急速階降的同震響應(yīng)過程，最大變幅為約0.002℃，是正常背景值得2至15倍，至19時(shí)19分，整個(gè)過程持續(xù)約5個(gè)小時(shí)，同震效應(yīng)明顯。之后，水溫?cái)?shù)據(jù)繼續(xù)快速下降，26日4時(shí)左右觸底開始回升，15時(shí)09分再次發(fā)生尼泊爾7.1級(jí)地震后，水溫?cái)?shù)據(jù)緩慢上升到正常水平（圖 3）。

圖1 騰沖臺(tái)2號(hào)機(jī)井柱狀圖Fig.1 Columnar section of No.2 well at Tengchong seismic station

圖2 水溫儀器安裝Fig.2 Deployment of water thermometers at Tengchong seismic station

圖3 騰沖臺(tái)水溫同震響應(yīng)圖 （2015-04-24～2015-04-28）Fig.3 The coseismic response of water temperature in Tengchong seismic station

2.2 水位同震響應(yīng)

正常情況下，騰沖臺(tái)靜水位日變化形態(tài)表現(xiàn)為明顯的固體潮汐波形態(tài)，日變幅為約0.09～0.15 m。尼泊爾地震發(fā)生之前，水位處于固體潮趨勢上升階段，形態(tài)清晰。地震發(fā)生7 min后，水位表現(xiàn)出階降-階升-階降的振蕩急速下降態(tài)勢，最大下降幅度達(dá)0.046 m，是正常背景值的3至5倍，之后，水位以階升態(tài)勢快速回升到正常值水平，整個(gè)過程持續(xù)58 min，同震效應(yīng)非常顯著（圖4）。

圖4 騰沖臺(tái)水位同震響應(yīng)圖Fig.4 The coseismic response of water level in Tengchong seismic station

3 原因分析

水溫同震變化與水位變化關(guān)系密切，楊竹轉(zhuǎn)[3]對(duì)一井多震的研究結(jié)果表明，水位同震變化是水溫同震變化的必要條件。有水溫同震變化的震例9都存在水位同震變化；而發(fā)生水位同震變化的震例則不一定有水溫同震變化。研究結(jié)果顯示，水位水溫同震變化主要存在4種組合，它們分別是：水位上升水溫上升型、水位下降水溫上升型、水位下降水溫下降型、水位振蕩水溫下降型。

經(jīng)過對(duì)騰沖臺(tái)水溫、水位對(duì)尼泊爾地震的同震響應(yīng)過程分析認(rèn)為：水溫響應(yīng)的急速反應(yīng)階段發(fā)生在水位響應(yīng)的急速響應(yīng)階段之后，并且水溫的響應(yīng)過程是由水位的同震響應(yīng)所造成的。騰沖臺(tái)水溫、水位對(duì)尼泊爾地震的響應(yīng)類型為水位下降-水溫上升型。這與鄭江蓉等[4]提出的由地震波引起的同震響應(yīng)基本以水位振蕩、水溫下降-恢復(fù)的形態(tài)不相符合。由騰沖臺(tái)水溫梯度測試結(jié)果（如圖2a）可知，騰沖臺(tái)2號(hào)機(jī)井井水溫度在井內(nèi)分布是不均勻的，不同的井孔深度，水層溫度有一定的差異，上層水溫度相對(duì)較低，中層水溫度相對(duì)最高，下層水溫度相對(duì)相對(duì)上層要高但卻低于中層水溫。對(duì)于水溫同震變化的機(jī)理，劉耀煒等[5]①劉耀煒， 楊選輝， 劉永銘，等.地下流體對(duì)蘇門答臘8.7級(jí)地震的影響特征.中國地震局監(jiān)測預(yù)報(bào)司編，2005.提出的 “冷水下滲學(xué)說”，陳大慶等[6]提出的“氣體脫逸模式”以及石耀霖等[7]提出的 “熱彌散效應(yīng)機(jī)理”均不能合理解釋騰沖臺(tái)水溫同震響應(yīng)上升的現(xiàn)象。

車用太等[8]提出的水溫同震階降機(jī)制認(rèn)為：當(dāng)?shù)卣鸩ㄍㄟ^含水層時(shí)，含水層中發(fā)生交替的壓縮與膨脹變形,導(dǎo)致井-含水層間引起 “高”頻的水交替,造成井水位的 “高”頻振蕩,此時(shí)隨著井筒內(nèi)水體的上、下高頻運(yùn)動(dòng)，一方面導(dǎo)致井水的擾動(dòng),促使上部低溫水與下部高溫水反復(fù)對(duì)流，使不同溫度的井水發(fā)生混合。通過分析，本文認(rèn)為：尼泊爾地震產(chǎn)生的地震波傳播到騰沖的時(shí)候產(chǎn)生水震波，引起騰沖臺(tái)水位振蕩且急速下降，使井內(nèi)上層、中層和下層井水產(chǎn)生對(duì)流，造成井水的擾動(dòng)。井水的對(duì)流過程將井內(nèi)部分上層水帶到中層，中層帶到下層，回流過程中部分下層水回升到中層再到上層，整個(gè)過程都有不同水層相互混合。在井水對(duì)流過程中，下層水受到中層水的混合，由于下層水比中層水溫度低，混合之后經(jīng)過熱傳導(dǎo)作用，溫度顯著升高，當(dāng)兩者混合達(dá)到熱平衡即溫度相同的時(shí)候，下層水在下一次不同水層混合之前會(huì)保持一個(gè)穩(wěn)定值。同時(shí)，當(dāng)上層水與下層水都與中層水混合之后，中層水溫度會(huì)相應(yīng)降低，當(dāng)這些中層水再次向下對(duì)流與下層水混合的時(shí)候，溫度就會(huì)比之前在下層混合的水溫度要低，加上圍巖溫度比下層混合水溫度要低，也會(huì)產(chǎn)生熱傳導(dǎo)，三者在下層水重新混合平衡后下層水溫就會(huì)下降。當(dāng)水位恢復(fù)到正常水平之后，井水慢慢結(jié)束對(duì)流，上、中、下三層井水在各自水層經(jīng)過熱傳導(dǎo)平衡慢慢恢復(fù)到原來各自水層的平衡。由此可知，井水位同震響應(yīng)產(chǎn)生的井水對(duì)流過程剛好與水溫同震響應(yīng)過程中溫度變化過程相一致[9]。

4 結(jié)語

經(jīng)過對(duì)騰沖臺(tái)數(shù)字化水溫、水位對(duì)尼泊爾8.1級(jí)地震的同震響應(yīng)特征分析可知：

（1）水溫、水位的同震響應(yīng)類型為水位下降-水溫上升型，同震效應(yīng)較為顯著。

（2）水溫同震響應(yīng)滯后于水位同震響應(yīng)，并且水溫同震響應(yīng)是由水位同震響應(yīng)引起井水對(duì)流所造成的。

（3）水位同震響應(yīng)持續(xù)時(shí)間比水溫同震響應(yīng)時(shí)間短，但水位的響應(yīng)程度相比水溫要?jiǎng)×摇?/p>

[1]孫小龍，劉耀煒.本溪自流井水位與水溫同震變化關(guān)系研究[J].大地測量與地球動(dòng)力學(xué)，2007，27（6）：100-104.

[2]曾慶堂，起衛(wèi)羅，馬志剛，等.騰沖臺(tái)數(shù)字化水溫資料的初步分析[J].防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（1）：30-35.

[3]楊竹轉(zhuǎn).地震波引起的井水位水溫同震變化及其機(jī)理解析[J].國際地震動(dòng)態(tài)，2012（11）：42-47.

[4]鄭江蓉，楊從杰，江昊琳.江蘇流體井網(wǎng)對(duì)汶川和日本地震的同震響應(yīng)特征研究[J].地震研究，2013，36（1）： 34-41.

[5]秦雙龍，劉水蓮，廖麗霞，等.福州連江江南井水位水溫同震響應(yīng)變化特征及機(jī)理探討[J].華南地震，2016， 36 （4）： 50-57.

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

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

[9]林國元，朱繼承，秦雙龍.氟離子觀測水溫干擾因素的排除及實(shí)驗(yàn)[J].華南地震，2015，35（2）：50-54.

Analysis on Coseismic Response Characteristics with Water Temperature and Water Level in Tengchong Seismic Station Caused by the Nepal MS8.1 Earthquake

DUAN Shengchao

（Tengchong Seismic Station， Yunnan Earthquake Agency， Tengchong 679100， China)

The Nepal M 8.1 earthquake occurred at 2:11 p.m.April 25th2015.The paper briefly introduced the geological location,geological structure condition，setting and operating conditions of water temperature and water level instruments of the observation well of Tengchong seismic station.Based on the analysis of the coseismic response characteristics of the water temperature and water level in Tengchong seismic station to the in Nepal M 8.1 earthquake,it is believed that the coseismic effect is very significant and its type is water level falling-water temperature rising.Water temperature rising was caused by water level falling，so the former happened behind the latter.The duration of water level falling is shorter than that of water temperature rising，while the response of the former is stronger than the latter.

Nepal MS8.1 earthquake； Water temperature； Water level；Coseismic response

P315.7

A

1001-8662（2017）02-0029-05

10.13512/j.hndz.2017.02.005

段勝朝.騰沖臺(tái)水溫、水位對(duì)尼泊爾8.1級(jí)地震的同震響應(yīng)特征分析[J].華南地震，2017，37（2）：29-33.[DUAN Shengchao.Analysis on Coseismic Response Characteristics with Water Temperature and Water Level in Tengchong Seismic Station Caused by the Nepal MS8.1 Earthquake[J].South china journal of seismology，2017，37（2）：29-33.]

2016-05-23

段勝朝 （1986-），男，助理工程師，主要從事騰沖前兆觀測與地下流體觀測數(shù)據(jù)分析工作。

E-mail：619239180@qq.com.