山西镇川流体观测井水温微动态分析

闫美蓉李文超刘 发高存英苏燕红王晓霞

1）中国山西037008大同中心地震台

2）中国山西030025太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站

3）中国山西033000离石中心地震台

山西镇川流体观测井水温微动态分析

闫美蓉1），2）李文超1），2）刘 发1），2）高存英1），2）苏燕红1），2）王晓霞2），3）

1）中国山西037008大同中心地震台

2）中国山西030025太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站

3）中国山西033000离石中心地震台

镇川井水温动态观测环境良好，从水温正常变化规律揭示存在的干扰因素，探讨水温异常与近年日本海远震的对应关系，发现该井水温测项具有较好的映震能力，并判别2015年3月—6月的水温异常是否干扰因素所致。

远震；水温；水温异常

0 引言

水温的微动态，一般指在地壳活动时段，由于含水层岩石的受力状态发生变化而引起的井水温度随时间的变化（车用太等，1997）。这种变化量值较小，多在高精度水温观测中才可记录到。镇川井自1982年投入地下流体水位模拟观测，2007年6月深层水温、水位开展“十五”数字化观测。观测数据资料显示，该井水位测项具有较好的映震能力，对于山西地区中强地震前兆异常具有不同程度的显示，为地震短临预报提供了重要依据。本文主要分析镇川井水温资料异常与日本远震的对应关系，并判别2015年3—6月的水温异常是否干扰因素所致。

1 镇川井概述

镇川井成井于1982年，位于大同市新荣区镇川堡乡镇川堡村西万泉河，北邻内蒙古丰镇市，东邻大同市阳高县，南接大同市区，交通不便。该井为自流冷水井，井深160.26 m。初始水头高度9 m，含水层渗透系数为0.02 m·d-1，水化学类型为HCO3-Ca·Mg型，矿化度0.328 g·L-1，pH值为8，涌水量552 mL·s-1，目前平均自流量约13 mL·s-1，井水温度背景值15.158℃。

镇川井区西部为山区，广泛出露太古界干群（Ars）片麻岩及中上新统（N1-2）玄武岩夹砂砾石层与黏土层；东部为丘陵，广泛发育上新统（Q3pl-dl）黄土状亚砂土与亚粘土，深部发育中、下更新统（Q1-2）灰绿色、浅红色亚砂土、亚粘土、砂砾石层，局部夹有玄武岩、凝灰岩等；万泉河由北向南流经中部，两岸发育全新统（Q4）砂砾石。井区主要断裂为NNE—SSW向口泉断裂带，走向NE10°，长约10 km，宽20—30 m，带中有角砾岩、断层泥、压碎岩及硅化脉发育，张性裂隙与其斜交，具有张扭性，第四纪活动使其西部上升为山地，东部下沉为盆地。镇川井孔柱状示意见图1。

镇川井深层水温2007年6月开展“十五”数字化观测，观测仪器采用SZW-1A型水温仪，水温探头投放深度160.26 m，温度梯度（间隔50 m）测量值见表1。

表1　镇川井温度梯度测量值Table 1 Temperature gradient measurements for Zhenchuan well

图1　镇川井井孔柱状示意Fig.1 Columnar section for Zhenchuan well

2 正常动态特征

按照多年、年、月和日4个不同时间层次，分析镇川井水温2007年数字化以来观测数据动态趋势（图2），以期得到无强震活动及无强干扰时段的井水温度变化规律。

水温年动态以月均值为基础建立，绘制2007—2014年镇川井水温动态曲线，见图2（a）。由图2（a）可见，镇川井水温年动态曲线呈上升趋势，每年上升幅度略有不同，年升幅0.01℃—0.036℃，2007—2015年共上升0.145℃以上。

水温月动态以日均值为基础建立，在此绘制2011年1—12月水温日均值曲线，见图2（b）。由该图可见，镇川井水温月动态呈上升型，月变幅一般为0.000 6℃—0.036 4℃。

水温日动态以整点值为基础建立，在此绘制2015年8月18日—25日水温整点值曲线，见图2（c）。由该图可见，水温呈脉冲状微量起伏，日变幅0.000 2℃—0.009 0℃，背景值平稳，但井水温度潮汐形态不如井水位潮汐完美，可能与温度计的工作原理有关。

图2　镇川井水温正常动态（a）年动态（2007年6月—2014年6月）；（b）月动态（2011年1—12月）；（c）日动态（2015年8月18日—25日）Fig.2 Normal dynamic water temperature for Zhenchuan well

由镇川井水温多年正常动态曲线（图2）可知，镇川井水温呈缓慢上升趋势，究其原因为：井水含水层承压力逐步减弱，致使水井单位泄流量（井水的排泄速度）不断减小，相应的散发热量减少，由此测得的水温数值逐年升高。

3 井水温异常与地震对应关系

水温的地震前兆异常特征一般为：异常多出现在震前几天至几十天时间段内，为短临异常（王芳，2012）；异常幅度大，一般为正常起伏度的几至几十倍，异常显著且易识别，在地震短临监测中具有一定优势（舒优良，2003）。

3.1 映震效果

选取2007—2015年镇川井水温观测数据进行分析，统计发现，2007—2009年数据比较平稳，自2010年以来出现6次异常，且与日本海7级以上地震具有较好的对应关系（表2）。2010年以来，日本海共发生9次7级以上地震（不含2011年3月11日日本本州东海岸附近海域9级主震的前震和余震），其中7次地震在镇川井水温异常结束前6天至异常结束后139天发震，只有2次地震前无异常反映，对应率77.8%，见图3和表2。由此可知，镇川井水温异常对远震具有较好的映震效果。

图3　镇川井水温2010—2015年日均值曲线Fig.3 Daily mean temperature for Zhenchuan well from the year 2010 to 2015

表2　镇川井水温异常和日本海地震关系统计Table 2 Statistics of the relationship between the earthquakes in Japan Sea and the temperature anomalies of Zhenchuan well

图4　2015年镇川井水温分钟值曲线Fig.4 The water temperature minute value for Zhenchuan well in 2015

3.2 震例

在2015年3月28日—6月6日，镇川流体观测井水温多次出现下降—上升过程，变幅达0.009℃（图4），为此进行现场排查。对观测系统工作状态及水温探头进行检查，发现系统工作正常；检查泄流口并测量流量，排除泄流口堵塞及流量变化对水温变化的影响；由于之前存在供电电压不稳造成的水温突升变化的情况，因此怀疑为交流供电导致的异常变化，在5月10日更换为电瓶连续直流供电后，突跳变化仍然持续；调查观测井周围环境，发现近期无新井投入使用，旧井未重新开启，也无大量抽水，说明镇川井水温此次异常变化受地下水开采影响较小，怀疑为地震前兆异常。

由图4可见，3月28日13时16分水温数据开始快速上升，至22时15分，共上升0.009℃（正常日变化幅度约0.000 2℃）；之后上升速度变缓，至5月2日11时04分上升幅度达最大值，为0.026 4℃，19时21分开始转折下降；之后在高值过程中频繁出现小幅突升、突降变化，直至5月30日发生日本小笠原7.7级地震，6月4日曲线恢复正常，水温值略高于背景值，说明镇川井水温观测对日本远大震具有较好的映震效果。

4 结束语

综上所述，镇川井水温表现为多年、年、月、日动态的缓升和平稳特征，有利于地震前兆异常识别。镇川井水温异常变化对日本远大震映震效果较好，主要表现为：该井水温异常结束前6天至异常结束后139天，在井震距2 300 km到3 300 km的日本海区域发生7级以上地震。由于地震前长周期波通过上地幔或软流层传播，间接导致地下流体温度发生微小变化，被高精度测温仪器记录下来，但为什么镇川井水温只是记录特定的日本海区域大震而非其他地区，远震和井水温的影响关系等地震预报科学难题，尚需不断研究探索。

车用太，鱼金子，刘五洲.地下流体的源兆、场兆与远兆及其在地震预报中的意义［J］.地震，1997，17（3）：283-289.

山西省地震局.山西省地震监测志［M］.北京：地震出版社，2005.

舒优良，张世民.周至深井水震波数字化记录与地震波记录的对比研究［J］.地震地磁观测与研究，2003，24（5）：26-31.

王芳，黄辅琼.安溪一号井水位的同震阶变响应特征［J］.地震地磁观测与研究，2012，33（5）：169-177.

张培仁，王基华，刘成龙，等.北京太平庄井地下流体综合观测及映震灵敏性初析//国家地震局地质研究所.地震监测预报的新思路与新方法［C］.北京：地震出版社，1997：83-92.

Abstract

It is great that the observed environment of water temperature of Zhenchuan well.Based on the normal change of water temperature，the interference factor would be revealed.Through exploring the relationship between the anomaly in water temperature and teleseism of Japan Sea，the author found the observation projects for water temperature have a good ability in reflecting earthquake.The author mainly analyzed the relationship between the anomaly in water temperature of Zhenchuan Well and the teleseism of Japan.The author also identified whether the anomaly during the period from March to June，2015 resulted from the interference factor.

The study of the micro dynamic state of water temperature of Zhenchuan well

Yan Meirong1），2），Li Wenchao1），2），Liu Fa1），2），Gao Cunying1），2），Su Yanhong1），2）and Wang Xiaoxia2），3）
1） Datong Central Seismic Station，Shanxi Province 037008，China
2） Taiyuan National Continental Rift Valley Dynamics，Shanxi Province 030025，China
3） Lishi Central Seismic Station，Shanxi Province 033000，China

teleseism，water temperature，water temperature anomaly

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.03.007

闫美蓉（1990-07—），女，山西朔城区人，工学学士，助理工程师，2012年6月毕业于苏州科学技术大学，现主要从事地震前兆监测工作。E-mail： ymr0709@163.com