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        地震地下流體實(shí)時監(jiān)測與地震預(yù)測論述

        2020-03-05 17:59:08施建明
        關(guān)鍵詞:觀測網(wǎng)流體觀測

        施建明

        (云南省地震局元謀地震臺,云南 元謀651300)

        1 引言

        地球的地殼運(yùn)動十分頻繁,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)動產(chǎn)生碰撞的劇烈反應(yīng),會對地下流體產(chǎn)生很大影響,因此通過對地下流體進(jìn)行監(jiān)測可以有效地實(shí)現(xiàn)地震預(yù)測,及時警報地震信息,給予群眾更多的時間避難,從而降低地震帶來的負(fù)面影響。地震問題會給社會、家庭帶來巨大損失,幾十年來,我國地震局不斷加強(qiáng)地下流體監(jiān)測工作,通過對地下流體物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、動態(tài)性特征展開監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)地震預(yù)報。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。

        2 地震地下流體實(shí)時監(jiān)測發(fā)展現(xiàn)狀

        2.1 觀測臺網(wǎng)

        我國早在20世紀(jì)70年代末就已經(jīng)開始建設(shè)水位臺網(wǎng),主要是由國家專業(yè)井網(wǎng)、地方群檢測性井網(wǎng)構(gòu)成。我國各個省市區(qū)都有井分布,覆蓋了全國35%以上的國土面積。根據(jù)地殼板塊分布情況,在國土內(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)井孔的觀測具有很強(qiáng)的封閉性能,因此不會受到外部環(huán)境的影響,信息傳遞更加及時也更加穩(wěn)定。大部分井網(wǎng)觀測含水層承壓都是96.8%,井網(wǎng)孔徑約為200mm,除了特殊地段,其余過水段都是采用裸孔。

        2.2 觀測項(xiàng)目

        地震地下流體實(shí)時監(jiān)測內(nèi)容非常多,并且每個項(xiàng)目參數(shù)都是重要的地震預(yù)測值,主要參數(shù)包括地下流體物理動態(tài)、化學(xué)動態(tài)、地?zé)釀討B(tài)、斷層土壤氣動態(tài)、油氣井動態(tài)。

        1)物理動態(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)動態(tài)。主要有水質(zhì)、氣體、輔助觀測、其他觀測等。

        3)地?zé)嵊^測。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。主要有氮?dú)?、氧氣、二氧化碳、甲烷、氫氣、氦氣等?/p>

        5)油氣井動態(tài)觀測。主要包括產(chǎn)油量、產(chǎn)氣量、油氣比、含水量、關(guān)井壓力等。

        3 地震地下流體實(shí)時監(jiān)測技術(shù)分析

        3.1 水位觀測儀

        在地震地下流體物理動態(tài)監(jiān)測中,水文觀測儀的應(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態(tài)監(jiān)測設(shè)施多數(shù)都是國內(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,但偶爾也存在走時誤差問題【2】。

        3.2 流量觀測儀

        目前,地震臺主要使用的流量觀測儀有很多種,包括CWD-40型、TDL-M型、CZ-1002型和XSF-4型。

        3.3 放射性氡測量儀

        在地震地下流體水化學(xué)觀測當(dāng)中,氡是重點(diǎn)觀測對象之一,國內(nèi)共設(shè)置了700余座氡觀測臺,目前主要使用的觀測設(shè)備有FD-125型和FD-105型,為人工測量并讀數(shù)。主要使用的自動化記錄觀測氡儀器包括LN-3綜合型、FD-128型、JZD-1自動型和SD-1雙道自動型。

        3.4 水質(zhì)成分觀測

        主流的水質(zhì)成分觀測方法主要有化學(xué)分析法、室內(nèi)測定法,目前主要使用的儀器有721型分光光度計(jì)和DDS-11A型。

        3.5 溫度傳感器

        常見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,因此量程小。石英溫度傳感器主要借助石英晶體諧振頻率,隨著溫度變化會改變自身的特性,從而實(shí)現(xiàn)溫度測量。石英具有較高的靈敏度和較強(qiáng)的穩(wěn)定性,所以重復(fù)性使用價值更高。

        4 地震地下流體實(shí)時監(jiān)測與地震預(yù)測的發(fā)展

        近年來,地震臺不斷借助新技術(shù)改善地震地下流體監(jiān)測系統(tǒng),旨在短時間內(nèi)完成地下水物理動態(tài)、化學(xué)動態(tài)、地?zé)崆д?、斷層氣的?shù)據(jù)檢測,更好地為地震地下流體檢測提供有效、及時的數(shù)據(jù)支持,提升監(jiān)測數(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)時檢測體系【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)時監(jiān)測技術(shù),主要發(fā)展目標(biāo)如下。

        4.1 構(gòu)建多層次地下流體實(shí)時監(jiān)測體系

        地下流體監(jiān)測作為一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作,同時也是一個整體性系統(tǒng)工作,需要采用多種方法、多個項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié),以綜合性觀測為主,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、預(yù)警效能。進(jìn)一步發(fā)揮地下流體觀測臺的效益,從單一化觀測逐漸向綜合化觀測方向發(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)傳輸臺體系建設(shè)工作。通過地下流體預(yù)測信息,在短臨預(yù)報中具有非常大的優(yōu)勢,在地震案例研究中也可以證實(shí)這一點(diǎn),但真正有借鑒價值的資料較少,這是由于觀測資料在傳遞、產(chǎn)出、使用當(dāng)中所需時間周期很長。因此,在日后工作中要進(jìn)一步完善區(qū)域性傳輸臺建設(shè)工作,進(jìn)一步發(fā)揮地震檢測信息的使用價值。

        4.2 完善地震觀測網(wǎng),提高信息捕捉率

        雖然我國對地震地下流體科學(xué)有一定累計(jì),建設(shè)了地下流體觀測的地球物理場、化學(xué)場的地震觀測網(wǎng)和地震預(yù)測體系,但想要獲取更加詳細(xì)的物理過程、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,對一些基本科學(xué)問題認(rèn)知不清。所以進(jìn)一步完善、發(fā)展地下流體觀測網(wǎng)是一項(xiàng)長期的基礎(chǔ)工作。

        地震監(jiān)測預(yù)測實(shí)踐工作需要從多個方面著手,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,地震地下流體觀測技術(shù)發(fā)展空間也非常大。如今,日本、美國、中亞各國都建設(shè)了地震預(yù)測實(shí)驗(yàn)室,展開了地下流體檢測工作。實(shí)驗(yàn)室布網(wǎng)都是以地震前兆為檢測目標(biāo),雖然至今并沒有很多的成功試驗(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)觀測網(wǎng)體系完善工作,旨在提升觀測網(wǎng)對地震危害的評估能力,對于可能產(chǎn)生地震的地點(diǎn)、強(qiáng)度、類型等做出精準(zhǔn)判斷,還要對地震孕育過程展開前兆場、演化改變等做出精準(zhǔn)檢測【5】。

        5 結(jié)語

        綜上所述,地震作用下地下水流體會產(chǎn)生多種變化,因此實(shí)時監(jiān)測地下流體是地震預(yù)警的重要一環(huán)。近些年我國地震發(fā)生頻繁,地下流體實(shí)時監(jiān)測技術(shù)在長期發(fā)展中雖然取得了巨大成就,地下流體監(jiān)測能力、技術(shù)水平也十分突出,但依然存在不足,地震預(yù)測、預(yù)報實(shí)時性有待進(jìn)一步加強(qiáng)。這就需要針對地下流體現(xiàn)狀,構(gòu)建多層次地下流體實(shí)時監(jiān)測體系,完善地震觀測網(wǎng),拓展實(shí)時監(jiān)測功能,提高監(jiān)測精準(zhǔn)性,為后續(xù)地震預(yù)測、警報提供信息支持。

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