施建明
(云南省地震局元謀地震臺(tái),云南 元謀651300)
地球的地殼運(yùn)動(dòng)十分頻繁,并且?guī)r層內(nèi)部含有非常多的物質(zhì),也就是地下流體,包括水、汽、油等。地震實(shí)則就是地殼運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生碰撞的劇烈反應(yīng),會(huì)對(duì)地下流體產(chǎn)生很大影響,因此通過(guò)對(duì)地下流體進(jìn)行監(jiān)測(cè)可以有效地實(shí)現(xiàn)地震預(yù)測(cè),及時(shí)警報(bào)地震信息,給予群眾更多的時(shí)間避難,從而降低地震帶來(lái)的負(fù)面影響。地震問(wèn)題會(huì)給社會(huì)、家庭帶來(lái)巨大損失,幾十年來(lái),我國(guó)地震局不斷加強(qiáng)地下流體監(jiān)測(cè)工作,通過(guò)對(duì)地下流體物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、動(dòng)態(tài)性特征展開(kāi)監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)地震預(yù)報(bào)。地殼中的地下流體十分活躍,根據(jù)地下流體的性質(zhì)可以判定巖體的物理狀況,還可以實(shí)現(xiàn)變化與物質(zhì)遷移的目的。
我國(guó)早在20世紀(jì)70年代末就已經(jīng)開(kāi)始建設(shè)水位臺(tái)網(wǎng),主要是由國(guó)家專業(yè)井網(wǎng)、地方群檢測(cè)性井網(wǎng)構(gòu)成。我國(guó)各個(gè)省市區(qū)都有井分布,覆蓋了全國(guó)35%以上的國(guó)土面積。根據(jù)地殼板塊分布情況,在國(guó)土內(nèi)地震活躍帶、斷裂帶等均要設(shè)置井網(wǎng)。井網(wǎng)井孔的50%與斷裂帶及其端點(diǎn)部位連接【1】。在含水層監(jiān)控中,井網(wǎng)井孔的觀測(cè)具有很強(qiáng)的封閉性能,因此不會(huì)受到外部環(huán)境的影響,信息傳遞更加及時(shí)也更加穩(wěn)定。大部分井網(wǎng)觀測(cè)含水層承壓都是96.8%,井網(wǎng)孔徑約為200mm,除了特殊地段,其余過(guò)水段都是采用裸孔。
地震地下流體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)內(nèi)容非常多,并且每個(gè)項(xiàng)目參數(shù)都是重要的地震預(yù)測(cè)值,主要參數(shù)包括地下流體物理動(dòng)態(tài)、化學(xué)動(dòng)態(tài)、地?zé)釀?dòng)態(tài)、斷層土壤氣動(dòng)態(tài)、油氣井動(dòng)態(tài)。
1)物理動(dòng)態(tài)。主要有油氣水壓力、地下水位、井流量、氣壓、水文等。
2)化學(xué)動(dòng)態(tài)。主要有水質(zhì)、氣體、輔助觀測(cè)、其他觀測(cè)等。
3)地?zé)嵊^測(cè)。主要包括深井溫度、淺層溫度、泉水溫度、地表溫度等。
4)斷層氣觀測(cè)。主要有氮?dú)?、氧氣、二氧化碳、甲烷、氫氣、氦氣等?/p>
5)油氣井動(dòng)態(tài)觀測(cè)。主要包括產(chǎn)油量、產(chǎn)氣量、油氣比、含水量、關(guān)井壓力等。
在地震地下流體物理動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中,水文觀測(cè)儀的應(yīng)用十分廣泛,可以細(xì)分為:機(jī)械式、機(jī)電式、電子式等。目前所采用的地下流體水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)施多數(shù)都是國(guó)內(nèi)自主研發(fā)、生產(chǎn)的設(shè)備,在跟蹤流速、水位分辨率等方面都非常好,但偶爾也存在走時(shí)誤差問(wèn)題【2】。
目前,地震臺(tái)主要使用的流量觀測(cè)儀有很多種,包括CWD-40型、TDL-M型、CZ-1002型和XSF-4型。
在地震地下流體水化學(xué)觀測(cè)當(dāng)中,氡是重點(diǎn)觀測(cè)對(duì)象之一,國(guó)內(nèi)共設(shè)置了700余座氡觀測(cè)臺(tái),目前主要使用的觀測(cè)設(shè)備有FD-125型和FD-105型,為人工測(cè)量并讀數(shù)。主要使用的自動(dòng)化記錄觀測(cè)氡儀器包括LN-3綜合型、FD-128型、JZD-1自動(dòng)型和SD-1雙道自動(dòng)型。
主流的水質(zhì)成分觀測(cè)方法主要有化學(xué)分析法、室內(nèi)測(cè)定法,目前主要使用的儀器有721型分光光度計(jì)和DDS-11A型。
常見(jiàn)的溫度傳感器主要包括金屬電阻溫度計(jì)、石英溫度傳感器。金屬電阻型在使用中穩(wěn)定性更好,該設(shè)備主要是用于地震洞體氣溫檢測(cè),因此量程小。石英溫度傳感器主要借助石英晶體諧振頻率,隨著溫度變化會(huì)改變自身的特性,從而實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。石英具有較高的靈敏度和較強(qiáng)的穩(wěn)定性,所以重復(fù)性使用價(jià)值更高。
近年來(lái),地震臺(tái)不斷借助新技術(shù)改善地震地下流體監(jiān)測(cè)系統(tǒng),旨在短時(shí)間內(nèi)完成地下水物理動(dòng)態(tài)、化學(xué)動(dòng)態(tài)、地?zé)崆д?、斷層氣的?shù)據(jù)檢測(cè),更好地為地震地下流體檢測(cè)提供有效、及時(shí)的數(shù)據(jù)支持,提升監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性、穩(wěn)定性。并且要明確重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)域,完善地下流體實(shí)時(shí)檢測(cè)體系【3】,為后續(xù)地下流體研究工作提供技術(shù)支撐。今后還要持續(xù)優(yōu)化地下流體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù),主要發(fā)展目標(biāo)如下。
地下流體監(jiān)測(cè)作為一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作,同時(shí)也是一個(gè)整體性系統(tǒng)工作,需要采用多種方法、多個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié),以綜合性觀測(cè)為主,這樣除了可以提高單井使用率,還可以提高地下流體監(jiān)測(cè)、預(yù)警效能。進(jìn)一步發(fā)揮地下流體觀測(cè)臺(tái)的效益,從單一化觀測(cè)逐漸向綜合化觀測(cè)方向發(fā)展,并參與到地震預(yù)警多領(lǐng)域、多科學(xué)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)【4】。還需要進(jìn)一步加強(qiáng)傳輸臺(tái)體系建設(shè)工作。通過(guò)地下流體預(yù)測(cè)信息,在短臨預(yù)報(bào)中具有非常大的優(yōu)勢(shì),在地震案例研究中也可以證實(shí)這一點(diǎn),但真正有借鑒價(jià)值的資料較少,這是由于觀測(cè)資料在傳遞、產(chǎn)出、使用當(dāng)中所需時(shí)間周期很長(zhǎng)。因此,在日后工作中要進(jìn)一步完善區(qū)域性傳輸臺(tái)建設(shè)工作,進(jìn)一步發(fā)揮地震檢測(cè)信息的使用價(jià)值。
雖然我國(guó)對(duì)地震地下流體科學(xué)有一定累計(jì),建設(shè)了地下流體觀測(cè)的地球物理場(chǎng)、化學(xué)場(chǎng)的地震觀測(cè)網(wǎng)和地震預(yù)測(cè)體系,但想要獲取更加詳細(xì)的物理過(guò)程、地球結(jié)構(gòu)信息,依然缺乏大量、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)支撐,對(duì)一些基本科學(xué)問(wèn)題認(rèn)知不清。所以進(jìn)一步完善、發(fā)展地下流體觀測(cè)網(wǎng)是一項(xiàng)長(zhǎng)期的基礎(chǔ)工作。
地震監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)實(shí)踐工作需要從多個(gè)方面著手,大體上包括技術(shù)、理論2方面,再加上新型計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的支持,地震地下流體觀測(cè)技術(shù)發(fā)展空間也非常大。如今,日本、美國(guó)、中亞各國(guó)都建設(shè)了地震預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)室,展開(kāi)了地下流體檢測(cè)工作。實(shí)驗(yàn)室布網(wǎng)都是以地震前兆為檢測(cè)目標(biāo),雖然至今并沒(méi)有很多的成功試驗(yàn)成果,但在布網(wǎng)方面的經(jīng)驗(yàn)可以用作參考。全面加強(qiáng)觀測(cè)網(wǎng)體系完善工作,旨在提升觀測(cè)網(wǎng)對(duì)地震危害的評(píng)估能力,對(duì)于可能產(chǎn)生地震的地點(diǎn)、強(qiáng)度、類型等做出精準(zhǔn)判斷,還要對(duì)地震孕育過(guò)程展開(kāi)前兆場(chǎng)、演化改變等做出精準(zhǔn)檢測(cè)【5】。
綜上所述,地震作用下地下水流體會(huì)產(chǎn)生多種變化,因此實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地下流體是地震預(yù)警的重要一環(huán)。近些年我國(guó)地震發(fā)生頻繁,地下流體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)在長(zhǎng)期發(fā)展中雖然取得了巨大成就,地下流體監(jiān)測(cè)能力、技術(shù)水平也十分突出,但依然存在不足,地震預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)實(shí)時(shí)性有待進(jìn)一步加強(qiáng)。這就需要針對(duì)地下流體現(xiàn)狀,構(gòu)建多層次地下流體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)體系,完善地震觀測(cè)網(wǎng),拓展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能,提高監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)性,為后續(xù)地震預(yù)測(cè)、警報(bào)提供信息支持。