辽宁及邻区中强震前后抚顺山龙峪井地热前兆异常分析

孙丽娟，张 闯，张 翔，商 亮，王 征，惠泓博

（1.抚顺市地震监测总站 辽宁 抚顺 113006；2.抚顺地震台 辽宁 抚顺 113000；3.抚顺市地震局，辽宁 抚顺 113000）



辽宁及邻区中强震前后抚顺山龙峪井地热前兆异常分析

孙丽娟1，张 闯1，张 翔2，商 亮2，王 征2，惠泓博3

（1.抚顺市地震监测总站 辽宁 抚顺 113006；2.抚顺地震台 辽宁 抚顺 113000；3.抚顺市地震局，辽宁 抚顺 113000）

摘要：以抚顺市山龙峪地震站山龙峪井的观测数据为基础，对观测资料进行了系统的整理与分析，结果发现：山龙峪井地热对辽宁及邻区200公里范围内的ML≥4.0级地震有较好的映震，且一般在震前10天左右水温出现阶变变化。

关键词：山龙峪井；水温；异常特征

0　引言

地热前兆方法是通过研究地球热状态，特别是地表层的热状态及其随时间的变化进行地震预报。温度是描述物质热状态的基本物理量。我国在中深井中进行高精度水温观测的历史不长，始于20世纪80年代中期，到20世纪90年代末开始大规模推广。抚顺山龙峪井地热观测是从2000年10月开始。本文将地热在辽宁及临区中强地震前后出现的异常进行了整理和分析，目的是为更准确的捕捉前兆异常信息积累经验，提高地震分析预报水平。

1　抚顺山龙峪井概况

抚顺山龙峪井位于抚顺县救兵乡小桥子村，从地质构造上看，该地区位于铁岭—靖宇台拱与太子河凹陷的交汇部位。井口标高为339.9米，井深456.9m，属深部断裂承压水，水头高出地面0.5m。

从区域地质构造看，该井处在太子河凹陷北侧，且区内存在一个晚中生代活跃的近东西向构造，这里有小桥子—大偏道子—三块石—纪家堡子等近东西向岩浆带，也说明它的活动性。

抚顺山龙峪井是一口多测项的综合观测井，从1991年开始模拟水位观测至今，先后增加了数字化水位、地热、气氡和气象三要素四个流体前兆观测手段。

数字化地热从2000年10月开始观测，观测深度为190米。从多年的观测资料看，该井水温年动态清晰，映震能力强。水温正常年动态为下降型，日均值在2‰℃左右变化，根据这一特点，曾成功地预报过几次地震。

2　辽宁及邻区有感地震与山龙峪井的地热异常

资料时间选取：本文选取的地热数据是抚顺山龙峪井2000年10月开始观测至2013年8 月31日的地热整点值数据。

地震事件选取：地震事件选取距山龙峪井300公里左右的我省及邻区4级以上有感地震。

异常提取及判定：在充分考虑各种干扰因素后，对山龙峪井地热数据进行了详细和深入分析。提取异常原则是与当前震情密切相结合，着重总结地热在震前和震后的曲线变化情况以及异常形态特征。

2.1辽宁省及邻区有感地震与地热异常

此次统计了2000年至2013年8月距山龙峪井300公里左右4级以上地震共16次，震前地热有异常反映的有10次，震后出现异常的1次，有震无异常的为5次，地震对应率为68.75％。总结发现地热出现异常的10次，均对应了4级以上地震，可见该井地震与异常对应的概率较高（表1），以下是几个典型异常震例分析。

表1　地震与地热异常关系

2.1.1吉林山城镇3.0级地震和沈阳4.1级地震

2003年1月28日开始，水温加速上升，至2月1日共上升19‰℃。2003年2月2日岫岩发生3.1级地震，2月5日山城镇发生ML3.0级地震。两次地震后，水温未恢复原有缓降走势，曲线转平，3月8日至3月10日又出现一次加速下降变化过程，从3月19日至21日又出现上升异常，累计上升9‰℃，排除干扰后，认为山龙水温存在短临异常，并提出了预报意见。结果2003年3月30日沈阳东陵发生ML4.3级、北黄海发生M5.0级地震（图1）。

2.1.2 辽宁省沈阳市新民市M3.6级地震：

2008年11月9日地热出现转平异常，11 月17日填报了短临预报卡片。据辽宁地震台网测定，2008年12月11日7时51分57秒，

2.1.3四平、公主岭交界4.3级地震

2009年3月11日至12日山龙峪井水温改变原有缓降走势，下降速率加大。同井观测的水位3月11日至12日也陡升43mm，其间并无强降水和远震影响。3月18日至19日水位又突降32mm。结果2009年3月20日14时48分在吉林省四平市伊通满族自治县、公主岭市交界（北纬43.4度,东经124.9度）发生ML4.8级地震。震后水位、地热恢复正常(图3）。

2.1.4新宾3.5级地震

2009年5月27日山龙峪井工作人员在量图时发现，水位8点值上升，疑是远震异常。而同井的地热2009年4月10日起由上升转平，至5月27日仍未有下降趋势，疑是异常。5月31日地热陡升7‰℃，水位缓升中转平，6月1 日6时许抚顺新宾响水河发生ML3.5级地震

2.1.5海城3.6级地震

2009年7月13日至14日山龙峪井地热陡升4‰℃后，继续缓升，但上升幅度不大，7月17日又由缓升转为陡升4‰℃后，继续缓慢上升，至19日海城发生了ML4.0级地震（图4）。此次异常的特点是两次上升。

2.1.6灯塔MS5.1级地震（震后异常）

2013年1月23日灯塔M5.1级地震前，山龙辽宁省沈阳市新民市（东经122.90度，北纬42.09度）发生ML4.1级地震（图2）。此次预报时间、地点均较准确，震级有偏差，是一次较为成功的预报。井水温变化正常，均值在1-2‰左右变化，地震第二天水温上升7‰℃后恢复缓慢下降趋势（图5）。

2.1.7营口盖州与大石桥交界ML4.0和ML3.9级地震、通辽市科尔沁左翼后旗与辽宁省阜新市彰武县交界M5.3地震

地温数据2013年3月10起打破原有缓降趋势曲线转平，至4月22日曲线转平中略有上升变化。转平期间，3月30日和31日在辽宁省营口盖州市和大石桥市交界处发生ML4.0 和ML3.9级地震。两次地震后，水温数据仍未恢复缓降趋势，4月20日四川省雅安市芦山县M7.0地震、4月22内蒙古自治区通辽市科尔沁左翼后旗、辽宁省阜新市彰武县交界M5.3地震。4月22日后水温陡升（0.017）至25日转平，6月3日后逐渐恢复原有缓降趋势（图5）。

2.2同震异常

地下流体的同 震异常，指地震波作用引起的地下液体异常。这类异常主要在井水位和井水温度动态中出现。此次统计了2000年至2013年8月全球8级左右地震11次，统计发现，震后该井地热除有3次变化不明显外，其它均以陡升形态出现（表2）。

山龙峪井地热记录到的同震异常以阶变形式出现，主要表现为阶升异常。典型震例有：

表2　8级左右地震与地热变化情况

2.2.12003年日本北海道8.0级地震

2003年9月26日日本北海道8.0级地震影响，地热大速率上升，上升幅度达117.4‰℃，10月9日后开始转平，11月25日后水温逐渐恢复缓降趋势（图6）。

2.2.2汶川8.0级地震

汶川地震是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最大的地震。震后我们就对山龙的流体前兆资料进行了认真的分析并做了详细的震后总结。

对2008年1-4月山龙峪井地热数据进行差分分析发现（图7），1-4月仅出现一次超差现象，即2008年3月3日地热上升6.7‰℃（异常出现当天22时11分菲律宾群岛发生6.7级地震，3月21日新疆于田县发生7.3级地震）。汶川地震前，地热变化正常，震后第二天地热突升97.5‰℃，至5月27日受地震影响，地热共上升197.7‰℃。5月末基本恢复正常下降趋势（图8）。

2.2.3日本本州东海岸附近海域9.0级地震

2011年3月11日日本MS9.0级地震，山龙峪井地热和水位震后效应明显。震前该井各手段均无异常，震时地热陡升（图9），均值上升245‰℃，至3月16日地热共上升1.5165℃，5月末恢复正常趋势。地震当日同井水位突升，并收到限幅的水震波。同时受地震波影响井水从主、副井口溢出。该井水位波动时间约42小时。

2.2.4北苏门答腊西海岸M8.6和M8.2级地震

2012年4月11日北苏门答腊西海岸M8.6 和M8.2级地震，震后山龙峪井地热日均值陡升0.1度（图10），5月中旬恢复原有缓降走势。

3　山龙峪井地热异常机理初步探讨

通过对山龙峪井在辽宁及邻区的几次中强地震前大量水温异常特征的分析，该井主要以上升型异常和转平型异常为主。强远震的同震异常则均为上升型。

山龙峪井地震前出现的各类水温异常，也表明该井具有一定的映震能力，该井在近震和远震前后出现各种异常形态，说明这口井的敏感性，之所以敏感是因为该井所处的有利构造部位及其井孔结构所决定。

（1）山龙峪井处在构造敏感部位。从区域地质构造看，该井处在太子河凹陷北侧，且区内存在一个晚中生代活跃的近东西向构造，这里有小桥子—大偏道子—三块石—纪家堡子等近东西向岩浆带，也说明它的活动性。

（2）含水层所处构造部位有关。该井地处浑河断裂南侧、苏子河断块西南端，区内绝大部分为太古界鞍山群下部石硼子组，通什材组及大面积混合岩和混合花岗岩构成最古老的基底；南部是性质截然不同的凹陷区，岩石主要是寒武奥陶系沉积岩；观测井南部又有寒岭—偏岭岩石圈断裂通过，与断裂约成垂直方向许多北西向断裂交叉均在观测井东南部清河城附近；山龙峪井是深部构造承压水，水井又处在基底的边缘，下部有隐伏构造，因此，对于来自地壳深处的应力信息比较敏感，同时观测井本身的成井条件较好，对应力具有较好的放大作用。

（3）与强震形成机制有关。大地震的孕育是一个大区域的构造事件，在其孕育过程中，通常震级愈高，在其孕育过程中所牵动的构造规模和范围也就愈大。受大震前的构造牵动影响，震源对源外区施加孕震力使薄弱的山龙峪井周围一旦达到屈服应力会先于地震发生切滑动——以蠕动的形式释放部分能量。其结果会使上履封闭的水体受压呈现出水位突升变化，同时为震源体错动提供了让位条件。

通过对上述前兆异常特征分析，山龙峪井所记录到的省内及邻区的近震和远震前的前兆异常，大多数具有地热上升、转平或上升转平缓升中发震的特征。分析表明，这可能与该井的井孔结构和所处的地质构造特征有关。当一个中强以上地震孕育过程中，区域应力场不断发生变化。加上浅层地下流体具有分布广，难压缩和迁移性等特点，该井能灵敏地反映浅层岩石的应力——应变变化，同时通过深大断层带接受来自地壳深部的应力——应变信息。

4　结论

前兆异常变化，是指不遵循正常变化规律的信息。山龙峪井的地热异常就是遵循这一规律判定的。通过山龙峪井地热资料的总结分析,发现地热在震前会有明显阶变，多以上升和转平形态出现，且地震多发生在恢复正常状态后。从异常开始到发震大约10天左右时间，也就是说地热的异常多为短临异常。而对于远震，地热则呈突升变化形态，异常恢复较慢，大约在两个月左右。以上仅是对山龙峪井地热异常的总结性分析，有一定的局限性，希望能为地震分析预报中异常的提取积累经验。

参考文献：

[1]中国地震局监测预报司,地震地下流体理论基础与观测技术[M].（地震版 XT20090234），地震出版社，2009.

ANALYSIS OF GROUND WATER TEMPERATURE AT FUSHUN SHANGLONG WELL IN LIAONING PROVINCE AND ITS ADJACENT REGION BEFORE AND AFTER MODERATE- STRONG EARTHQUAKES

SUN LI-juan1，ZHANG Chuang1，ZHANG Xiang2，SHANG Liang2，WANG Zheng2，HUI Hong-bo3
（1.Master Seismic Monitoring of Fushun，Liaoning Fushun 113006，China;2.Fushun Seismic Station，Liaoning Fushan 113000，China;3.Seismological Bureau city of Fushun city，Liaoning Fushun 113000，China）

Abstract:Based on the data observed in well of Shanlongyu seismic station Fushun municipality,this paper systematically sorts and analyzes the observing data,especially the changes of ground water temperature before and after the moderate-strong earthquakes in Liaoning and its adjacent in this well,and takes a preliminary research on Characteristics of the abnormal ground water region temperature and formation mechanism

Key words:Shanlongyu well;water temperature;anomaly characteristics

作者简介：孙丽娟（1967-），女，黑龙江省密山市人，1988年毕业于黑龙江矿业学院，煤田地质勘探专业，高级工程师，现主要从事地震监测和预测研究工作。E-mail: ln_ls@sina.cn

收稿日期：2015-09-27

修订日期：2015-11-25

中图分类号：P315.72

文献标志码：A

DOI:10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.01.004

文章编号：1674-8565（2016）01-0021-06