广东信宜1、2号井水温的同震响应及机理初步探讨

林云存

(广东信宜地震台，广东 信宜 525300)

广东信宜1、2号井水温的同震响应及机理初步探讨

林云存

(广东信宜地震台，广东 信宜 525300)

介绍了信宜1、2号井水文地质环境，总结了近年来两井水温的同震响应现象，并对其机理进行了初步的探讨。认为两口井的同震响应虽然形态不一致，但机理是相近的，主要是由于地震波的扰动，随着振动效应的作用，加大了不同含水层间的垂直运动速率，而产生水温上升或下降现象，震后一段时间随着混合通道的闭合或运动速率的恢复，2号井的水温逐渐恢复到原有的水平上。

信宜1、2号井；水温；同震响应；机理研究

0 引言

地下流体主要指地壳中可流动的物质如水、气、油等。是地壳物质的重要组成部分，与地震孕育、构造、发生有着相应的响应现象。当地下应力发生变化时，地下水中的氡气、水温等物质会出现不同程度的变化。信宜1、2号井的水温在2004年印尼8.9级地震、2008年汶川8.0级地震以及2011年日本9.0级地震后均出现了同震响应，本文试图对这些现象进行分析，并对其形成机理进行初步的探讨。

1 信宜1、2号井观测环境

信宜市在大地构造上位于粤西窿起带，本地区构造复杂，总体格局为一组北东向活动断层和一组北西向的活动断层相互切割，形成网格状构造，其中北东向的断层有合浦-玉林-梧州断裂、廉江-信宜-牛卫断裂、湛江-吴川-四会断裂。北西向的断层有横县-博白-茂名断裂、高州-电白断裂、茶山-闸坡断裂[1、2]。信宜1、2井地处信宜-廉江大断裂带的广东省西部信宜市北界镇西江河南北岸的结坡村热水窝和金渠村翁屋，均为自流井。区内地质构造面貌碎乱，褶皱、断裂复杂、大小褶皱、劈理、片理等很发育。往东的窿起区、褶皱构造比较和缓并有短轴背斜和不规则向斜出现，处于信宜西江河三个热泉群所出露共有15个温泉眼之中，浅部和深部的热水在西江河两侧和翁屋地区之间，大降雨及井孔抽水均无明显干扰现象，本区以燕山花岗岩、岩石遭受强烈挤压，直至裂隙发育，局部有绿泥石和绢云母化现象①全国水化基本台网广东省信宜水化Ⅱ类台验收报告，1998.12。

信宜 1号井属国家Ⅱ类台， 处于东经 110°47′06″， 北纬 22°19′48″， 海拔高度 79.2m，井孔深500.13m，流量约27 m3/h，水温75.2℃，无年动态变化，氡值约560Bq/L，矿化度0.372 g/L，属HOC3～SO4-Na型裂隙乘压热水。信宜2井与1井相距2 km，处于西江河北面的河谷第三级阶地上，井孔深75.46 m，水温平均43.5℃，呈夏高冬低年变动态，氡值约360Bq/L。

2 观测方法和观测质量

1、2井一直以来每天08：25±30min相对固定时间采用精度为0.1℃经标定后的标准玻璃水银温度计进行温度观测。在观测过程中严格执行国家的观测规范和评分标准进行观测，认真复查校核整理观测资料，资料的连续率达到100%。1、2井观测资料历年在全国评比为优秀，全省评比名列前茅。

3 信宜1、2井的同震响应

图1 信宜1号井取样水温日值曲线Fig.1 Daily Value Curve of Temperature of Water Sample from Xinyi No.1 Well

2004年12月26日印尼8.9级地震后，1号井水温震后次日从75.3℃降至75.2℃，28日起再降至75.1℃，震后最大降幅0.2℃；2号井水温28日由43.5℃升43.7℃，持续3日后恢复到43.5℃，2005年2月3日再度出现显著上升，震后最大升幅为2.0℃，此后2005年整年的水温高于以往正常水平（图2、3）。

2008年5月12日汶川8.0级地震后，1号井水温在5月18日由75.2℃下降至75.0℃，19日再下降0.1℃，震后最大降幅为0.3℃；2号井水温5月13日由44.9℃上升至45.0℃，此后水温缓慢爬升，到8月1日起升至45.9℃，震后最大升幅为1.0℃，同样2008年5月后的水温显著高于以往正常水平。

2011年3月11日日本9.0级地震后，1号井水温12日由75.2℃下降到75.1℃，22日至4月17日再降0.1℃，震后最大降幅为0.2℃；2号井水温，12日由44.3℃上升至44.9℃,升幅达0.6℃，19日起再上升0.2℃，8月29日起升至45.8℃，震后最大升幅为1.6℃，同样2011年3月后的水温显著高于以往正常水平。

三次大震1、2井水温均出现了同震响应，且三次同震响应形态相近，1号井均表现为持续数月的下降-回升过程，2号井均表现为上升过程，且与正常年变动态叠加，使得往后一年水温持续高于正常年份。

图2 信宜2号井取样水温日值曲线Fig.2 Daily Value Curve of Temperature of Water Sample from Xinyi No.2 Well

4 机理探讨

近年来，对于远场大震引起的水温下降这一现象，不同学者提出不同的机理：刘耀炜等[2]提出的冷水下渗说，认为井孔含水层周边上层地下水随着振动效应的作用，加大了向下垂直运动的速率，低温水快速混入观测含水层中引起温度的快速下降。石耀霖等[3]提出的热弥散效应机理，认为水分子的弥散系数与水的宏观速度密切相关，在静水中弥散系数很低，在同震水位振荡时弥散系数大增，温度较高的一些高分子动能的水分子弥散到冷的低分子动能的水中，以及一些低分子动能的水分子弥散到温度较高处形成水温的变化，在一定条件下形成同震水温降低的现象。陈大庆等[4]提出的气体脱逸模式，认为高频的地震波的弹性应力加载会造成井水位上下振荡，高频振荡会导致含水层固体骨架中吸附的气体以及水中溶解气的脱逸。在气泡脱逸上升过程中，其体积增大，对外做功吸热，另外气泡本身携带热量的散失都会造成井水温度的下降。

对于热弥散效应机理及气体脱逸模式，更适合解释短时的水温同震下降-回升过程，气体脱逸模式井孔有可能观察到气体冒泡溢出等宏观现象。信宜1号井水温下降-回升的过程持续数月，且水温下降的同时未观察到气体冒泡等宏观现象。因此热弥散效应机理及气体脱逸模式并不适用于解释1号井水温的同震响应过程。由于1号井水温较高，达75℃以上，因此，其机理更可能是由于井孔含水层周边冷水层在地震波到达时，随着振动效应的作用，加大了向下或向上垂直运动的速率，低温水混入观测含水层中引起温度的下降。一段时间后，随着混合通道的闭合或运动速率的恢复，1号井水温逐渐恢复到原有的水平上。

信宜1、2号井相距仅2 km，同震响应形态完全相反，1号井表现为持续数月的下降-回升过程，而2号井表现为短时上升及长达一年的年动态异常。虽然一个是降温，一个是升温，但笔者认为其同震响应的机理是相近的。1号井井深500.13 m，2号井井深75.46 m，是2口距离相近，但观测不同含水层的井孔。2号井的同震响应机理更可能是由于在地震波到达时，随着振动效应的作用，加大了下部含水层向上垂直运动的速率，下部高温水（75℃）混入上部低温的观测含水层中引起温度的上升。而与1号井不同的是，2号井由于井深相对较浅，受大气影响，年动态为夏高冬低，由于地震波扰动而造成的水温上升与年动态相互叠加，而出现我们现在观测到的同震响应形态。同样一段时间后，随着混合通道的闭合或运动速率的恢复，2号井水温逐渐恢复到原有的水平上。

信宜2号井位于农田中，是村民日常用水井，便于宏观现象的观察，据村民反映，该井的同震响应在水温升高变化的同时，伴有断流、流量减少、井喷等宏观现象。这些宏观现象从另一方面佐证了水温的变化是与地壳的应力-应变状态的变化有关，地震波的扰动，造成了含水层的变形及相应的孔隙压力的变化，导致井-含水层系统水动力条件的改变和水流状况 (流速、流量等)的改变，这些变化既使得在宏观上能观察到水温度产生变化，也能观察到流量出现明显的变化。震后一段时间水温的恢复，表明了这种扰动影响的结束和混合通道的闭合。以上就是信宜1、2号井水温同震响应的可能机理。

[1]广东省地震局.广东省地震监测志[M].北京：地震出版社，2005.

[2]刘耀炜，杨选辉，刘永铭，等.地下流体对苏门答腊8.7级地震的影响特征.中国地震局监测预报司编.2004年印度尼西亚苏门答腊8.7级大地震及其对中国大陆地区的影响，北京:地震出版社，2005.

[3]石耀霖，曹建玲，马丽，等.唐山井水温的同震变化及其物理解释 [J].地震学报，2007，29(3)，105-115.

[4]陈大庆，刘耀炜，杨选辉，等.远场大震的水位、水温同震响应及机理研究 [J].地震地质，2007，29(1)，122-132

Abstract：This paper introduces the hydrogeological co ndition of No.1 and No.2 Well,summarizes the water temperature coseismic response phenomenon of the two wells in recent years,and conducts preliminary discussion on the mechanism.It is concluded that,despite of the different coseismic response forms observed in No.2 Well,the meachanism is similar,i.e.the disturbance of the seismic wave,together with the vibration effect,increases the rate of vertical motion among different aquifers and causes the temperature rise or drop;then after a period following the earthquake,the water temperature of No.2 Well gradually returned to the normal level with the closing of the mixing channel or resumption of the motion rate..

KeyWords：Xinyi No.1 and No.2 Well；Water Temperature；Coseismic Response；Mechanism Research

Preliminary Discussion on Water Temperature Coseismic Response and Mechanism of Xinyi No.1 and No.2 Well，Guangdong

LIN Yuncun
（Earthquake Administration of Guangdong Province Xinyi Seismologic Observatory,Xinyi Guangdong 525300）

P315.723

A

1001-8662（2012）02-0133-05

2012-02-06

林云存，男，1957年生，工程师，主要地下流体观测分析工作.E-mail：linyuncun@163.com.