前郭5.8级震群地下流体异常特征分析

孙旭丽邹本良唐春呈

1） 中国长春130117吉林省地震局

2） 中国吉林130219长春合隆地震台

前郭5.8级震群地下流体异常特征分析

孙旭丽1）邹本良2）唐春呈1）

1） 中国长春130117吉林省地震局

2） 中国吉林130219长春合隆地震台

分析2013年吉林前郭5.8级震群地震发生前后吉林省地下流体前兆异常，结果表明，距震中300km范围内，丰满井水氡及气氡、白城井水温、乾安井水温、前郭井水温及氯离子和镁离子存在异常。与2006年前郭5.0级地震地下流体异常进行对比，丰富吉林省研究震例，对地震预报指标体系建设提供重要基础资料。

5.8级震群；地下流体；前兆异常；异常特征

0 引言

地震是地球内部突发事件引起的大地振动，地球内部岩石的孔隙或晶体缺陷充满流体，深部流体在地震孕育过程中起着重要作用（杜建国等，2000）。地下流体是地壳中的活跃介质，是影响地震孕育与发生的重要因素，对地震的孕育与发生过程表现出很强的前兆响应能力，具有灵敏的映震能力（刘耀炜等，2004），由于地下流体的普遍性、流动性、灵敏性及物质和能量的可交换性，使其成为重要的地震前兆手段之一，试图通过监测研究地下流体的物理性质和化学成分的变化来预测地震。地下流体观测在中国已有40多年历史，取得了许多宝贵的观测资料和震例资料。大量观测资料研究表明，在地震前，特别是强地震前地下流体出现丰富的趋势异常（陆明勇等，2013）。

2013年10月31日吉林省前郭发生5.8级震群活动，在一个月时间内发生M≥5地震5次，最大地震为2013年11月23日5.8级地震，是吉林省自1972年建立地震台网以来最强的地震活动。此次震群发生前后吉林省地下流体观测资料出现一系列异常。本文初步分析前郭5.8级震群前吉林省地下流体异常特征，识别和提取前郭5.8级震群前地下流体中短期和临震异常指标，有助于该省地震预报指标体系建设。

1 地下流体异常分析

1.1 流体观测

吉林省地下流体台站相对较少且分布不均，空间分布上中部较多，西部及东部相对较少，其中水物理观测井19口，水化学观测井5口。吉林地下流体异常观测井分布见图1。此次前郭5.8级震群前，地下流体异常主要为丰满井水氡、丰满井气氡、白城井水温、前郭井水温、前郭井水质、乾安井水温，表现为不同程度的中、短期以及临震异常。异常测项信息见表1。

表1 吉林省流体异常测项信息Table 1 Information of fluid anomaly test items in Jilin Province

图1 流体异常观测井、震中、断裂分布Fig.1 Distribution map of the anomalous fuid observation wells

1.2 中期异常

前郭5.8级震群发生前后，丰满水氡、气氡、白城水温3个测项表现为中期异常。

（1）丰满水氡观测井（静水观测井）位于海西期花岗岩山洞，距震中230km，构造位置较好，裂隙较发育。该井水氡自1976年开始观测，资料连续性较好，干扰因素少，观测环境稳定。2008—2011年丰满水氡年变形态较好，表现为夏低冬高，动态值在均值线上下波动。2012年1—8月氡值变化形态与年变形态稳合，9月以来出现年畸变变化特征，年变形态被打破；2013年8月以来多次呈现高值突跳现象，超过2倍均方差；突跳异常最高值达366 Bq/L，超过均值124 Bq/L，突跳异常较大；地震后，水氡观测值仍处高值波动状态，未见明显恢复迹象［图2（a）］。

（2）丰满井气氡观测为断层气气体观测，装置位于燕山期花岗岩山洞，围岩为花岗岩，裂隙较发育。该台气氡自2009年观测以来，存在一定年变规律，呈现夏高冬低的特征。观测背景值范围3—15 Bq/L，相对稳定。2013年年变形态与往年相似，但年变幅度较2011—2012年明显增大，2013年1月后出现破年变特征，震后低值波动［图2（b）］。

图2 丰满井水氡、气氡日值曲线Fig.2 Daily average value curve of water radon and gas radon at Fengman well

（3）白城井处于嫩江断裂带东侧，距离震中142km，该井水温受周边环境影响较大，自2008年开始数字化观测以来，呈上升趋势，水温正常日变幅为0.000 5℃。2013年5月1—11日逐日上升，变幅达0.005℃，5月11日至6月4日高值波动，6月4—7日逐日下降，降幅达0.002℃，6月7日至8月31日低值波动，9月1日至10月17日逐日上升，升幅达0.005℃，10月17—23日逐日下降，改变以往趋势上升形态，10月24日至11月14日平稳高值波动，期间发生10月31日5.5级地震（图3）。

图3 白城井水温日均值曲线（a） 2011年1月—2014年4月；（b） 2013年5月—2014年4月Fig.3 Daily average value curve of water temperature at Baicheng well

1.3 短期异常

前郭观测井位于扶余—肇东断裂附近，距震中约73km，水文地质条件稳定，含水层为白垩系砂岩，出水层水质不受外界干扰，自然环境相对稳定，无明显干扰。水质测项主要包括Cl-、Ca2+、、Mg2+等4种离子，测项由于受换标液的影响总体呈现阶梯状变化，无明显年变。前郭5.8级震群发生前后，前郭井氯离子、镁离子、水温3个测项表现为短期异常。

（1）前郭氯离子（Cl-）观测数据自2013年9月中旬缓慢升高，10月8日达3 421 mg/L，观测数据在高值波动，中间出现回落，总体维持在高值，并在10月31日发生5.5级地震，之后数值继续升高，最高值达3 435 mg/L，11月23日发生5.8级地震，之后观测值快速下降，呈低值波动变化，基本恢复正常水平。

（2）前郭镁离子（Mg2+）于2013年9月—10月21日低值波动，2013年10月21日突然升高，较2013年1—10月观测数据平均值高出约0.30 mg/L，之后呈高值波动变化，期间发生10月31日5.5级和11月23日5.8级地震，震后维持高值波动（图4）。

（3）前郭井为自流井，水温自观测以来呈上升趋势，日动态表现为起伏型，2013年9月13日逐日上升，19日上升0.02℃，后持续高值波动，10月12日小幅下降，10月31日发生5.5级地震，11月20日水温再次急剧下降，截至21日下降0.02℃，为正常日变幅的4倍，11月23日发生此次前郭震群最大的5.8级地震，震后水温波动式上升，异常仍未结束（图5）。

图4 前郭井氯离子、镁离子日值曲线Fig.4 Curve of chlorine ion and magnesium ion at Qianguo well

图5 前郭井水温日均值曲线（a） 2011年1月—2014年4月；（b） 2013年9月—2014年4月Fig.5 Daily average value curve of water temperature at Qianguo well

1.4 短临异常图

前郭5.8级震群发生前后，乾安井水温和白城台水温2个测项表现为短临异常。

（1）乾安井属于混水井，位于查干泡—道字井断裂北侧附近，距震中50km，2008年观测以来日动态平稳，水温日变幅约0.005—0.001℃。2013年10月18日水温开始下降，10月22日出现阶降，下降幅度达0.04℃，27日至11月6日缓慢下降，期间发生前郭5.5级地震，11月7日至今处于低值平稳状态，22日、23日略有回升，后发生前郭5.3级和5.8级地震，震后水温在低值背景变化［图6（a）］。

（2）白城井于2013年6月7日至10月中旬出现中短期低值波动异常，11月15日出现阶降，截至11月23日，下降降幅0.004℃，为正常日变幅的8倍，后发生5.8级地震，震后水温在低值背景下波动变化［图6（b）］。

图6 乾安井、白城井水温日均值曲线Fig.6 Daily mean value curve of water temperature from Qian' an well and Baicheng well

2 流体异常特征

2.1 形态特征

流体异常形态各异，可信度不一。从理论与预测角度，应该关注具有代表性、变化幅度大及可信度较高的异常变化，这类异常变化称为典型的前兆异常（张立，2010）。从异常所处构造、异常时间及异常形态分析，认为丰满水氡2012年9月年变形态被打破，年变规律不明显，丰满水氡2013年存在8次高值突跳现象，超过2倍均方差，表现为中期异常变化特征。而该台气氡2013年变幅度较2011—2012年明显增大，2013年4月至8月高值波动，打破年变形态，呈现震前中期异常特征。白城水温2007年观测以来一直呈趋势性上升形态，2013年5月1日急剧上升，10月17日至23日逐日下降，10月24日至11月14日平稳波动，11月15日至23日连续下降，每次突降后伴随小幅上升过程，震前呈现出上升—高值波动—突降平缓上升发震—突降发震的中期异常特征。前郭水化观测中，氯离子呈现震前上升—高值徘徊发震—再上升高值徘徊发震的短期异常特征；镁离子急剧上升高值徘徊发震，呈现震前下降低值徘徊—上升—高值徘徊发震的短期异常特征。前郭水温于2013年9月1日急剧上升，高值徘徊，11月20日急剧下降，呈现上升—高值徘徊发震—急剧下降发震的短期异常特征。乾安水温于 2013 年10月22日下降，至26日转平缓变化，呈现发震前突降的短期异常特征。从此次前郭震群流体各测项资料看出，在震群发生前一段时间，流体在时间、幅度、形态等方面存在一定差异，见表2。

表2 流体异常Table 2 Statistics table of anomalous fluid

2.2 时间特征

在时间上，异常表现为渐进式，前郭震群前各项地下流体异常主要集中在震前1—12 个月内，最早出现在震前1年左右，最晚出现在震前1天。化学测项早于物理测项，其中丰满水氡及气氡为破年变异常，前郭井、乾安井和白城井距震中较近，主要表现为临震异常，且异常出现时间较集中（表2），先以破年变为表现方式，逐渐由中期异常向短期异常再向临震异常变化，临震异常特征表现为加速转折下降。

2.3 空间特征

此次地震流体异常台站均位于吉林省中部，空间分布不均匀，总体呈北西向及北东向的条带，具有丛集性特点。异常较早出现在距震中较远的地方，且同一测点不同测项有一定同步性（图7）；随着发震时间的临近，异常震中区收缩，表现为外围区出现异常→异常向震中区收缩的特征。

图7 前郭井Cl-、Mg2+、水温同步变化曲线Fig.7 Synchronous curve of Cl-，Mg2+and water temperature at Qianguo well

3 讨论

以往研究认为，强地震前地下流体趋势异常具有时空转移特征（陆明勇等，2013）。本文研究发现，前郭5.8级震群前300km范围内地下流体长趋势异常发展的时间进程是：异常最早（2012年9月）出现在丰满台（吉林中部），距震中区230km，之后出现在相距142km的白城台（吉林西部），后集中出现在震区附近。表现为外围区出现异常→异常向震中区收缩的特征，对于判定未来地震的震中有一定帮助（高小其等，2007）。

通过此次前郭5.8级震群与以往东北中强地震流体异常对比发现：乾安井水温、白城井水温、前郭井水温在东北几次中强地震前均未出现明显的前兆异常变化；前郭水质具备一定映震能力，东北几次中强地震发生前后有一定异常显示；丰满水氡具有映震敏感点特征，大部分异常出现在时间上与东北及华北的中强地震以及西太平洋地震带北段等地区的强震活动相关联、反映出大量与地震活动有关的信息，尤其是发生在强震前的水氡突跳异常更是该测项的一个突出的特征。

此次地震前流体异常与2006年前郭5.0级地震地下流体异常有所不同，2006年四平地温、白城水汞、四平水位、敦化水氡、前郭水质均出现明显的前兆异常特征，表现为中、短期异常特征，一般震前下降，并在上升过程中发震。上述异常主要集中在伊舒断裂带、松花江断裂带附近，距震中约300km的敦化台最早出现异常，距震中较近台站异常出现较晚（张洪艳等，2007）。此次地震的流体学科异常既有中期趋势异常变化，也有短临前兆变化，多数异常的可靠性均较高，表现为在震前高值和下降过程中发震。在时间节点上，前郭水温测项异常变化与氯离子及镁离子的高值异常变化具有同步特征。从地质构造看，异常位于伊通—舒兰断裂及松辽盆地西部嫩江断裂、中部松原—肇东断裂、第二松花江断裂、克山—大安断裂附近。结合地震前兆异常机理，表明在松辽盆地及附近地区，局部构造应力场有增强趋势，初步推断此次地震的发生与北东向的松原—肇东断裂活动有关。

本文仅对所辖的地下流体前兆异常进行总结，并与2006年前郭5.0级地震地下流体异常进行对比分析，丰富了吉林省研究震例，对吉林省地震前兆异常数据库及地震预报指标体系建设，提供了重要基础资料。

杜建国，康春丽.地震地下流体发展概述［J］.地震，2000，20（增刊）：107-11.

高小其，陈华静，魏若平，等.哈萨克斯坦地震地下流体监测、预测的现状及其震兆异常特征的分析［J］.中国地震，2007，23（2）：184-194.

刘耀炜，曹玲玲，平建军.地下流体短期前兆典型特征分析［J］.2004，中国地震，20（4）：372-379.

陆明勇，李志雄，刘天海，等.强地震前地下流体趋势异常的再探讨［J］.国际地震动态，2013，10（418）：21-23.

张洪艳，卢燕红，康建红.吉林省前郭—乾安5.0级地震前地下流体异常特征分析［J］.东北地震研究，2007，23（3）：38-44.

张立.汶川地震中云南地区地下流体典型前兆异常［J］.地震地磁观测与研究，2010，31（6）：40-44.

Analysis on characteristics of underground fluid anomalies of Qianguo MS5.8 earthquake swarm

Sun Xuli1），Zou Benliang2），Cao Rongji1）and Tang Chuncheng1）
1） Earthquake Administration of Jilin Province，Changchun 130117，China
2） Helong Seismic Station，Jilin Province 130219，China

The subsurface fluid precursor anomalies in the Jilin province before and after Qianguo MS5.8 earthquake swarm occurred in 2013 are systematically summarize.The results show that the existent anomalies include water radon and gas radon anomalies of Fengman well，water temperature anomalies of Baicheng well，water temperature anomalies of Qian'an well，water temperature、chloride ion and magnesium ion anomalies of Qianguo well.The subsurface fuid precursor anomalies in the province have both the medium-term anomalies and the short-term and impending anomalies.In the space，they show the contractive specifc character from the periphery to the epicenter area.In the paper，the subsurface fluid precursor anomalies which caused by Qianguo MS5.0 earthquake in 2006 are contrasted.These works both enriched the earthquake case study of Jilin province，and offered important basic data to the earthquake prediction indicator system construction of Jilin province.

MS5.8 earthquake swarm，subsurface fuid，precursor anomaly，anomaly character

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.012

孙旭丽（1968—），女，本科，工程师，现主要从事地震分析预报工作。E-mail：260225844@qq.com

本文收到日期：2015-04-07