荣成鲁32井水温动态变化及异常分析

崔居全，杜桂林，荆 强，徐芳芳，朱音杰，鞠述晔，毕可战，孟祥刚

(1.荣成地震台，山东 荣成 264500；2.威海市地震局，山东 威海 264200；3.威海中威地震工程有限公司，山东 威海 264200)

荣成鲁32井水温动态变化及异常分析

崔居全1，杜桂林2，荆 强1，徐芳芳1，朱音杰1，鞠述晔3，毕可战3，孟祥刚3

(1.荣成地震台，山东 荣成 264500；2.威海市地震局，山东 威海 264200；
3.威海中威地震工程有限公司，山东 威海 264200)

总结了鲁32井水温正常动态特征以及自然环境干扰形态特征，探究鲁32井水温异常变化特征，通过对该井周围500 km范围内中等地震及远场大震发生时间、空间与水温异常时段对比，发现两者对应关系良好，综合分析已有数据资料认为，鲁32井水温存在附加地热场异常变化的构造条件，可作为近场中等地震前兆异常和远场大震前兆异常中短期判别指标之一。

水温异常；地震；附加地热场；鲁32井

0 引言

地下流体研究工作是地震预报分析的一项重要内容[1-2]，车用太等[3-4]总结了中强地震前地下水位的变化特征，建立一种中强地震的预报方法。高小其等[5]提取了新疆及邻近地区7组7级以上地震的地下流体前兆异常特征，总结和归纳了该地区大震的判定指标。而地下水水温动态变化是地下水动态变化的一个重要方面，也反映了地壳内部应力变化的特征，但是，“判定地下水水温动态变化是否由构造活动引起”对于地震预报分析工作非常重要[6-8]。

鲁32井水温自2007年6月正式观测以来共出现4次数据波动，其中第3次波动期间近场(≤500 km)发生了3次M4.0级以上地震，第4次波动近场发生了1次ML5.3级地震，远场(≥1 000 km)发生了日本MS9.0级地震及其前震和强余震。该井距离近场地震500 km内，处于相关构造带，距离远场地震1 800 km，属于山东最靠近远场震中的观测井，本文对水温异常变化进行了分析，探讨了水温异常变化与上述地震的关系。

1 观测井及观测资料简介

1.1 观测井情况

鲁32井位于山东省最东端的荣成市成山镇松埠嘴村，位置处于蓬莱-威海断裂带的东端，陆地上最近的断裂为海西头-俚岛断裂(图1)。观测含水层为花岗岩裂隙水，井孔现有深度94 m。该井自2007年6月正式采用SZW-1A型数字水温仪进行水温观测，探头投放深度为89.75 m ，采用LN-3A数字水位仪进行数字化水位观测，探头投放深度为7.111 m 。

图1 荣成鲁32井构造位置图(修改自晁洪太等[8]、葛孚刚等[9])

1.2 观测资料简介

投测以来该井水温测值就显示趋势性稳定上升变化(图2)，水温日变显示为随机起伏型(图3)。依据2010年中国地震局地下流体学科技术协调组制定的评估原则[5]，鲁32井具有5年以上连续资料，周围环境对观测资料变化无明显影响，且有震例可以验证，属于观测资料较好的观测井。

a 2007年3月25日—2011年12月31日水温整点值曲线图

b 2008年1月26—28日水温整点值曲线图

2 水温动态变化数据分析

自2007年6月鲁32井水温仪正式投入运行至2011年12月期间水温仪观测数据显示出现了4次波动(图3)。

图3 2007年6月1日-2011年12月31日鲁32井水温与降水量整点值对比曲线图

2.1 第1、第2处数据波动分析

在第1、2次数据波动期间全球发生90多次6级以上地震，其中包括5.12汶川地震，均未发现明显地震异常，同时段台站周围(500 km范围内)无大于ML4.0级地震发生。

这2个时段恰好处在雨季，降雨量较大(表1)，而且经实际检查发现该时段内除了降雨影响因素外，并未发现其他干扰因素。从水温与降水量的对比曲线来看(图4)，这2处水温数据波动主要是由于降水原因造成的。

2.2 第3、第4处数据波动分析

第3次波动时间为2009年12月中旬—2010年4月2日，第4次波动时间为2010年12月24日—2011年3月12日，上述时间不属于雨季，经查水位和降雨量曲线无明显变化。水温数据的上升与突降变化，与降雨量和静水位变化不一致(图5)。

表1 降雨量统计表

图4 2007年6月—2008年11月鲁32井水温与降雨量对比曲线图

图5 鲁32井静水位与水温对比观测曲线图

为查明是否为仪器故障所致，使用同类型水温仪进行同井对比观测，2011年2月8日-3月19日对比观测期间，2台水温仪产出的数据基本一致(图6)。对比观测结果表明，仪器系统无问题，可排除仪器故障问题，但异常变化是客观存在的。

图6 鲁32井水温对比观测曲线图

2.2.1 异常原因分析

地壳流体是反映地壳应力与变形关系最敏感的介质。在地震孕育过程中，当随着应力的增强影响到含水层时，含水层发生变形并改变水流状态，从而引起地下流体发生变化，如水位、水温、水氡等。地下水温的变化在某种程度上是构造应力作用的客观反映[7]。同时地震的孕育、发生和调整过程，由于应力场作用，产生附加地热场，水温基值发生变化，周期畸变或消失，这种附加地热动态是可以恢复的。

中国大陆地壳运动状态示意图显示荣成鲁32井水温观测井所处地质体受欧亚板块北西西方向压应力和太平洋板块向西挤压共同作用[9]。应力应变的不断积累将会通过地震释放，地震的发生又与地质构造带密切相关，因此对于鲁32井水温异常分析应从近场构造与远场大震影响2个方面探究原因。

2.2.2 区域及近场地震构造分析

区域内主要受沂沭断裂带、蓬莱—威海断裂带、牟平—即墨断裂带、千里岩断裂、北黄海坳陷盆地、南黄海凹陷盆地和海西头-俚岛断裂的影响[9-11]。

从空间位置上看，距离鲁32井均在500 km范围内，从构造上分析，观测井所处蓬莱—威海构造带末端，板块运动产生的区域北西西向挤压应力和渤海上地幔隆起及其产生的构造应力联合作用，控制着渤海及周围地区的断裂和地震活动。

在第3处、4处水温异常变化期间，在燕渤带及井周围500 km范围内分别发生了4次ML≥4.5级地震(表2、图7)，而其他时段没有本级别以上地震发生的情况。

表2 ML≥4.5级地震参数表

图7 鲁32井水温观测日均值曲线与地震标注图

综上所述，在鲁32井水温第3处波动期间和第4处水温大幅度上升时段，构造区域500 km范围内发生地震的强度和频度明显高于井水温正常动态时段，而该井所处特殊构造部位，其应力变化应能客观反映构造地震的发生信息，作为地震前兆异常判别指标具有一定可信度，但异常持续时间、异常幅度与地震空间位置和震级对应关系有待进一步研究。

2.2.3 远场大震影响

该井水温异常变化还存在远场大震影响，日本2011年3月大地震产生的附加地热场就导致该井出现地震前兆、同震效应、震后调整与恢复稳定变化的过程(图8)。

图8 日本地震附加地热场变化情况及地震时段曲线变化情况图

这次大地震位于日本海沟西侧的日本东海岸，是由于太平洋板块沿日本海沟向西俯冲欧亚板块，致使欧亚板块向东反弹逆冲所致，地震发生的日本海槽大致走向南北向，断层西倾，倾角很缓约15°～20°。根据地震规模估算，断层破裂可能约500 km。经研究地震是由长约500 km、宽约200 km的巨大断层出现最大20 m的位移而引发， 胶东半岛在此地震下所引发的构造运动，直接表现在鲁32井水温变化上的有同震阶变和震后恢复，此外，水温第4处波动是否能作为日本远场大震的地震前兆异常有待进一步研究。

除2011年3月11日日本9.0级地震及其前震强余震与鲁32井水温密切相关外，在第3处水温异常变化时段内还发生了智利8.8级地震，其它地震的发生时刻井水温无明显幅度变化，包括5·12汶川地震在内(图9)。

图9 水温整点值曲线(全球8.0级以上地震标注)

3 结论与讨论

(1)经多次查证此井周围无明显人为干扰，与同型号仪器对比观测结果一致，说明该井的观测系统没有问题，且反应灵敏，可以记到异常变化。

(2)经与水位、降水量对比分析，该井水温4处波动异常中，前2处为自然环境变化导致，后2处则为异常变化。

(3)鲁32井位于蓬莱-威海断裂带末端，邻近北黄海坳陷、南黄海坳陷和沂沭带及其分支构造，构造应力变化能传递到水温变化上来，故一定程度上反映了构造变动和地震发生的信息，水温异常时段，构造区域500 km范围内发生地震的强度和频度明显高于观测井水温正常动态时段，作为地震前兆异常判别指标具有一定可信度，但异常持续时间、异常幅度与地震空间位置和震级对应关系有待进一步研究。

(4)井水温异常变化存在远大震影响，特别是日本2011年3月11日大地震产生的附加地热场导致该井出现地震前兆、同震效应、震后调整与恢复稳定变化过程，从板块运动和应力集中角度也能证明其影响机理成立。智利2010年2月27日大地震发生在南半球距离较远，震时未见水温同震阶变和水震波现象，虽然发生在水温异常波动期间，但不能确定为远大震影响该井的证据。

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Water Temperature Dynamic Changes and Anormaly Analysis in Rongcheng Lu-32 Well

CUI Ju-quan1, DU Gui-lin2, JIN Qiang1, XU Fang-fang1, ZHU Yin-jie1,

JU Shu-ye3, BI Ke-zhan1, MENG Xiang-gang1

(1. Rongcheng Seismic Staion, Shandong Rongcheng 264500, China;
2. Earthquake Administration of Weihai, Shandong Weihai 264200, China;
3. Weihai Zhongwei Earthquake Engineering Co., Ltd., ShandongWeihai 264200, China)

Normal dynamic characteristics and natural environment interference characteristics of the water temperature in Lu-32 well are summary in this paper. To explore well water temperature anomaly variation characteristics, medium earthquake within the range of 500km from the well and far field great earthquakes are contrasted including their occurring time, space and water temperature anomalies, and it is found that there are good corresponding relations. Comprehensive analysis of existing data shows that there are additional tectonic conditions of temperature geothermal field changes of the well temperature, which can be used as one of discriminant index for precursory anomaly of near-field medium earthquakes and medium-short-term precursory anomaly of far-field great earthquakes.

water temperature anomalies; earthquake; additional geothermal field; Lu-32 well

10.3969/j.issn.1003-1375.2014.04.007

2014-09-16

山东省地震局合同制科研项目(项目编号：12Q07)

崔居全(1977—)男，工程师，主要从事地震监测与台站管理工作.E-mail：duguilin2100@163.com.

P315.723

A

1003-1375(2014)04-0034-05