徐長(zhǎng)銀，錢(qián) 才，單曉琳，張嘉敏，李?yuàn)檴?，劉青?/p>

(1.新疆維吾爾自治區(qū)地震局庫(kù)爾勒地震監(jiān)測(cè)中心站，新疆 庫(kù)爾勒 841000；2.新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆 烏魯木齊 830011)

流體是地殼的重要組成物質(zhì)，雖然所占比例不大，但對(duì)地殼的形成與演化，對(duì)各種地質(zhì)作用有著非常重要的意義，與地震的關(guān)系也十分密切。地震前兆機(jī)理的研究表明,地震的孕育過(guò)程伴隨有地下水物理與化學(xué)參量和逸出氣體濃度的異常變化，地下流體異常對(duì)孕震區(qū)和外圍區(qū)介質(zhì)變化的響應(yīng)靈敏,與區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)關(guān)系密切[1-2]。氡是一種放射性氣體，是鐳衰變的中間產(chǎn)物，在巖石的孔隙和裂隙中以自由氡、吸附氡和封閉氡的形式存在。在實(shí)際地球化學(xué)應(yīng)用中，測(cè)定的范疇是巖石中的自由氡，對(duì)于介質(zhì)的變化反應(yīng)靈敏，當(dāng)?shù)貧そ橘|(zhì)受到力的作用而發(fā)生變形破壞時(shí)，地下水中的氡含量將發(fā)生顯著變化，所以觀測(cè)地下水中氡含量的變化有可能捕捉到地震孕育發(fā)生的前兆信息[3-4]。也是探索地震孕育、發(fā)生前兆信息的重要窗口，在地震趨勢(shì)分析與短臨震情跟蹤中發(fā)揮著重要作用[5-7]。地震地下流體日常監(jiān)測(cè)主要是觀測(cè)地下水中逸出氡和溶解氡的含量。庫(kù)爾勒新43泉所處構(gòu)造部位良好，對(duì)地殼應(yīng)力—應(yīng)變反應(yīng)靈敏，是多年觀測(cè)表明較好的1個(gè)斷層泉。近年來(lái)庫(kù)爾勒鄰近區(qū)域中強(qiáng)地震活動(dòng)頻繁，庫(kù)爾勒新43泉監(jiān)測(cè)站氣氡較為清晰的記錄到成組地震活動(dòng)的異常變化。

1 基礎(chǔ)及背景資料

1.1 基礎(chǔ)資料

庫(kù)爾勒新43泉地震地下流體觀測(cè)點(diǎn)位于庫(kù)爾勒西霍拉山南麓吉格代布拉克，庫(kù)姆格列斷裂—哈桑托開(kāi)斷裂附近。大地構(gòu)造上位于塔里木北緣活動(dòng)帶麥丹塔烏—克孜爾塔格晚古生代陸緣地塊，處在南天山新構(gòu)造隆起與塔里木盆地拗陷交接部位。泉眼位于山腳下，地層巖性為元古代片麻花崗巖和第三系頁(yè)巖，泉水無(wú)色、無(wú)味，清澈透明。氣氡觀測(cè)的是井(泉)水中逸出氡和溶解氡的總濃度或斷裂帶土壤中氣氡的濃度及其隨時(shí)間的變化，氣氡濃度以單位體積中放射性物質(zhì)的活度表示。SD-3A型自動(dòng)測(cè)氡儀由中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所研制，采樣為1次/小時(shí)，測(cè)量精度0.1 Bq·L-1。2006年12月安裝觀測(cè)，使用新疆維吾爾自治區(qū)地震局研制的分體式脫氣裝置，觀測(cè)結(jié)果不受水流量、壓力影響，只與泉水中氡含量有關(guān)[8-9](圖1a)。同時(shí)安裝的還有數(shù)字水位儀、數(shù)字溫度計(jì)測(cè)項(xiàng)。2016年更換為一體式脫氣裝置，脫氣效率高，更加穩(wěn)定，觀測(cè)信息能夠?qū)崟r(shí)反映新43泉的實(shí)際變化情況[10]，達(dá)到預(yù)期的效果(圖1b)，安裝的輔助測(cè)項(xiàng)有溫度、氣壓和降雨量。儀器相對(duì)偏差檢查和K值標(biāo)定均符合規(guī)范要求，數(shù)據(jù)連續(xù)率90%以上，資料可信度高，觀測(cè)資料不具有年變規(guī)律。庫(kù)爾勒新43泉屬大陸干旱氣候，冷暖氣候交替，空氣對(duì)流強(qiáng)，多大風(fēng)、沙塵暴天氣，年平均降水量58.6 mm，蒸發(fā)量2 257.2 mm[11]。外界地表水滲入較少，干擾不明顯，周邊2 km內(nèi)無(wú)地下水開(kāi)采及注水。

圖1 庫(kù)爾勒新43泉SD-3A型自動(dòng)測(cè)氡儀觀測(cè)系統(tǒng)示意圖

1.2 干擾因素

新43泉泉眼距地表約0.8 m，地表的鹽堿隨降水進(jìn)入泉眼再進(jìn)入測(cè)量系統(tǒng)，因泉水流量較小，脫氣裝置水路中的泥沙和鹽堿不能及時(shí)排出，泥沙沉淀和鹽堿堵塞造成恒壓失效，數(shù)據(jù)波動(dòng)較大。SD-3A型自動(dòng)測(cè)氡儀運(yùn)行觀測(cè)初期，由于觀測(cè)技術(shù)不完善，引氣管內(nèi)工作過(guò)程中水蒸氣形成的冷凝水珠影響氣體流動(dòng)，造成數(shù)據(jù)低值波動(dòng)較大。高溫、低溫引起氣路密封性能降低，氣路連通管老化漏氣造成氣體采集量快速下降。排水管存在裂隙，樹(shù)根、蘆葦根進(jìn)入管內(nèi)導(dǎo)致排水不暢，對(duì)氣氡觀測(cè)造成一定的影響。當(dāng)觀測(cè)資料出現(xiàn)異常時(shí)，需要在可能的多種干擾中識(shí)別出自然、外界環(huán)境、人為和儀器自身等典型干擾特征(儀器設(shè)備工作狀態(tài)，脫氣裝置水路、氣路)并逐項(xiàng)排除[12]。結(jié)合測(cè)項(xiàng)固有的變化特征，進(jìn)行綜合分析，從而得出正確結(jié)論。

2 成組地震活動(dòng)特征

巖石空隙中的自由氡，有一部分溶解于地下水中，成為溶解氡，另一部分成為游離氡，這就形成了目前地球物理觀測(cè)中水氡和氣氡測(cè)項(xiàng)。在地震孕育過(guò)程中，作為傳遞、轉(zhuǎn)換、接受異常信息的載體起著非常重要的作用[13]。庫(kù)爾勒新43泉?dú)怆?011年12月中旬結(jié)束下降轉(zhuǎn)向上升，2012年3月20日上升結(jié)束轉(zhuǎn)向下降，下降幅度1.8 Bq·L-1，3月21日～4月9日再次出現(xiàn)上升變化，最大變幅為6.6 Bq·L-1。4月10～28日期間下降—上升波動(dòng)，最大變化幅度為6.3 Bq·L-1，4月29日～6月26日持續(xù)波動(dòng)下降。這種特點(diǎn)反映了震前構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)出現(xiàn)較為明顯的增強(qiáng)[14]。6月15日發(fā)生新疆輪臺(tái)縣MS5.4地震。6月27日出現(xiàn)轉(zhuǎn)折上升，幅度5.1 Bq·L-1，6月30日新疆新源—和靜交界發(fā)生MS6.6地震(圖2)。成組地震空間上約143 km，時(shí)間上間隔15 d(表1)，達(dá)到異常指標(biāo)，較好對(duì)應(yīng)了2次中強(qiáng)地震。

圖2 2012年庫(kù)爾勒新43泉?dú)怆闭c(diǎn)值曲線圖

表1 庫(kù)爾勒新43泉溶解氣氡成組地震異常參數(shù)

2012年12月1日新43泉?dú)怆庇上陆缔D(zhuǎn)向上升，2013年1月11日氣氡出現(xiàn)快速下降，下降幅度11.2 Bq·L-1，其后保持低值狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查排除儀器和環(huán)境因素，2月初快速上升 11.2 Bq·L-1恢復(fù)正常背景。2013年3月29日發(fā)生新疆昌吉—烏魯木齊交界MS5.6地震。

2013年6～7月氣氡低值突跳密集，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查排除儀器和環(huán)境因素，查明了引氣管漏氣，冷凝水珠影響、水路內(nèi)沉淀物、水垢等影響因素。8月初出現(xiàn)上升，8月22下降3.1 Bq·L-1保持低值，8月27日較快上升6.0 Bq·L-1恢復(fù)正常背景，3 d后發(fā)生新疆烏魯木齊MS5.1地震。由于異常與干擾疊加，較難從中提取異常(圖3)。地震空間上約76 km，時(shí)間上間隔154 d(表2)。2次地震異常特征均表現(xiàn)為凹形形態(tài)，幅度和持續(xù)時(shí)間與震級(jí)、震中距相關(guān)。

表2 庫(kù)爾勒新43泉溶解氣氡成組地震參數(shù)

圖3 2013年庫(kù)爾勒新43泉?dú)怆闭c(diǎn)值曲線圖

2017年3月24日～6月17日新43泉?dú)怆苯?jīng)歷上升—下降—上升—下降過(guò)程，6月17日后轉(zhuǎn)向持續(xù)上升，8月2日再次出現(xiàn)小幅度下降，2017年8月9日新疆精河縣發(fā)生MS6.6地震。2017年8月12日～9月9日新43泉?dú)怆庇忠淮纬霈F(xiàn)上升—下降—上升變化(圖4)，2017年9月16日新疆庫(kù)車(chē)發(fā)生MS5.7地震。成組地震空間上約244 km，時(shí)間上間隔39 d，成組地震活動(dòng)為先大后小。新43泉?dú)怆辟Y料在鄰近區(qū)域中強(qiáng)地震前有較好的前兆顯示(表3)。一般MS≥5.0地震的前兆異常平均顯示半徑在300 km左右，MS≥6.0地震的前兆異常平均顯示半徑在400 km左右，MS≥7.0大震在500～600 km[15]。對(duì)于不同震級(jí)的地震，氡觀測(cè)異常范圍和幅度也不同，震級(jí)越大異常范圍也越大[16]。學(xué)者一直關(guān)注地下流體震前異常成因問(wèn)題，認(rèn)為這種異常來(lái)自震源。然而，有學(xué)者得出地下流體中短期異常主體不是來(lái)自震源，而是來(lái)自區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)的觀點(diǎn)[17]。新43泉鄰近區(qū)域中強(qiáng)地震前氣氡的中短期異常與發(fā)震時(shí)間的關(guān)系為，異常開(kāi)始—異常峰值—異常結(jié)束—發(fā)震—恢復(fù)正常，短臨異常則以突變、波動(dòng)等異常為主，異常持續(xù)時(shí)間和異常幅度與震級(jí)相關(guān)。新源—和靜MS6.6地震、精河MS6.6地震的異常形態(tài)相似，可能是區(qū)域應(yīng)力加載作用引起斷裂帶裂隙逐漸閉合—恢復(fù)的機(jī)理[18]。

圖4 2017年庫(kù)爾勒新43泉?dú)怆闭c(diǎn)值曲線圖

表3 庫(kù)爾勒新43泉溶解氣氡MS≥5.0地震異常參數(shù)

3 預(yù)報(bào)效能分析

R值評(píng)分方法由許紹燮提出，該方法被廣泛應(yīng)用于地震預(yù)報(bào)效能檢驗(yàn)[19-26],R值越大，預(yù)測(cè)效能越好。

(1)

為了統(tǒng)計(jì)地震震例，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確的地震及在能對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)發(fā)生的地震次數(shù)的比值。選取觀測(cè)點(diǎn)200 km范圍內(nèi)MS5.0～5.9地震；300 km范圍內(nèi)MS6.0～6.9地震，利用公式對(duì)庫(kù)爾勒新43泉?dú)怆边M(jìn)行預(yù)測(cè)效能檢驗(yàn)，R值計(jì)算結(jié)果為0.190 1，R0值為0.272，R值小于R0值，沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，但R值大于0，具有預(yù)測(cè)價(jià)值，在地球物理觀測(cè)中可發(fā)揮一定的效能[27-28]。

4 結(jié) 語(yǔ)

庫(kù)爾勒新43泉?dú)怆钡闹卸唐诋惓Ｌ攸c(diǎn)，多數(shù)為上升異常，震后繼續(xù)上升或恢復(fù)下降背景。輪臺(tái)、和靜與精河、庫(kù)車(chē)震例表明，新43泉300 km左右中強(qiáng)地震前，氣氡資料都有不同程度的異常出現(xiàn)，多數(shù)能在震前觀測(cè)到一些相似的信息，異常結(jié)束2～3個(gè)月發(fā)震，異常結(jié)束到地震發(fā)生的時(shí)間間隔與震級(jí)有關(guān)，異常時(shí)間長(zhǎng)則震級(jí)較大，反之震級(jí)則較小。震情跟蹤中對(duì)觀測(cè)資料出現(xiàn)的類似異常，對(duì)資料的異常跟蹤分析時(shí)不能只確定異常的真實(shí)性，不利于地震中短期異常的識(shí)別，應(yīng)該注意不同時(shí)間尺度的動(dòng)態(tài)變化，更多地關(guān)注資料的短期變化，準(zhǔn)確分析構(gòu)造活動(dòng)與震后恢復(fù)的動(dòng)態(tài)特征，加深對(duì)異常和地震活動(dòng)關(guān)系的認(rèn)識(shí)。地震尤其是強(qiáng)震前是有異常的，應(yīng)密切關(guān)注資料的變化情況。