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。地震實則就是地殼運動產(chǎn)生碰撞的劇烈反應，會對地下流體產(chǎn)生很大影響，因此通過對地下流體進行監(jiān)測可以有效地實現(xiàn)地震預測，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地下流體監(jiān)測工作，通過對地下流體物理性質(zhì)、化學性質(zhì)、動態(tài)性特征展開監(jiān)測，實現(xiàn)地震預報。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，還可以實現(xiàn)變化與物質(zhì)遷移的目的。

2 地震地下流體實時監(jiān)測發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 觀測臺網(wǎng)

我國早在20世紀70年代末就已經(jīng)開始建設水位臺網(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、斷裂帶等均要設置井網(wǎng)。井網(wǎng)井孔的50%與斷裂帶及其端點部位連接【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 觀測項目

地震地下流體實時監(jiān)測內(nèi)容非常多，并且每個項目參數(shù)都是重要的地震預測值，主要參數(shù)包括地下流體物理動態(tài)、化學動態(tài)、地熱動態(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）化學動態(tài)。主要有水質(zhì)、氣體、輔助觀測、其他觀測等。

3）地熱觀測。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。主要有氮氣、氧氣、二氧化碳、甲烷、氫氣、氦氣等。

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、關井壓力等。

3 地震地下流體實時監(jiān)測技術分析

3.1 水位觀測儀

在地震地下流體物理動態(tài)監(jiān)測中，水文觀測儀的應用十分廣泛，可以細分為：機械式、機電式、電子式等。目前所采用的地下流體水位動態(tài)監(jiān)測設施多數(shù)都是國內(nèi)自主研發(fā)、生產(chǎn)的設備，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觀測當中，氡是重點觀測對象之一，國內(nèi)共設置了700余座氡觀測臺，目前主要使用的觀測設備有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、石英溫度傳感器。金屬電阻型在使用中穩(wěn)定性更好，該設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，從而實現(xiàn)溫度測量。石英具有較高的靈敏度和較強的穩(wěn)定性，所以重復性使用價值更高。

4 地震地下流體實時監(jiān)測與地震預測的發(fā)展

近年來，地震臺不斷借助新技術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)、化學動態(tài)、地熱千兆、斷層氣的數(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。并且要明確重點監(jiān)視區(qū)域，完善地下流體實時檢測體系【3】，為后續(xù)地下流體研究工作提供技術支撐。今后還要持續(xù)優(yōu)化地下流體實時監(jiān)測技術，主要發(fā)展目標如下。

4.1 構建多層次地下流體實時監(jiān)測體系

地下流體監(jiān)測作為一項十分復雜的工作，同時也是一個整體性系統(tǒng)工作，需要采用多種方法、多個項目進行優(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、預警效能。進一步發(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，并參與到地震預警多領域、多科學的實驗任務【4】。還需要進一步加強傳輸臺體系建設工作。通過地下流體預測信息，在短臨預報中具有非常大的優(yōu)勢，在地震案例研究中也可以證實這一點，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、使用當中所需時間周期很長。因此，在日后工作中要進一步完善區(qū)域性傳輸臺建設工作，進一步發(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有一定累計，建設了地下流體觀測的地球物理場、化學場的地震觀測網(wǎng)和地震預測體系，但想要獲取更加詳細的物理過程、地球結構信息，依然缺乏大量、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)支撐，對一些基本科學問題認知不清。所以進一步完善、發(fā)展地下流體觀測網(wǎng)是一項長期的基礎工作。

地震監(jiān)測預測實踐工作需要從多個方面著手，大體上包括技術、理論2方面，再加上新型計算機信息技術的支持，地震地下流體觀測技術發(fā)展空間也非常大。如今，日本、美國、中亞各國都建設了地震預測實驗室，展開了地下流體檢測工作。實驗室布網(wǎng)都是以地震前兆為檢測目標，雖然至今并沒有很多的成功試驗成果，但在布網(wǎng)方面的經(jīng)驗可以用作參考。全面加強觀測網(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、強度、類型等做出精準判斷，還要對地震孕育過程展開前兆場、演化改變等做出精準檢測【5】。

5 結語

綜上所述，地震作用下地下水流體會產(chǎn)生多種變化，因此實時監(jiān)測地下流體是地震預警的重要一環(huán)。近些年我國地震發(fā)生頻繁，地下流體實時監(jiān)測技術在長期發(fā)展中雖然取得了巨大成就，地下流體監(jiān)測能力、技術水平也十分突出，但依然存在不足，地震預測、預報實時性有待進一步加強。這就需要針對地下流體現(xiàn)狀，構建多層次地下流體實時監(jiān)測體系，完善地震觀測網(wǎng)，拓展實時監(jiān)測功能，提高監(jiān)測精準性，為后續(xù)地震預測、警報提供信息支持。