澄江井水温异常映震分析

2016-11-26夏开平毕青张体移龚艳付

地震地磁观测与研究 2016年5期

关键词：澄江水温观测

夏开平毕青张体移龚艳付虹

1）中国云南652599澄江县防震减灾局

2）中国云南653100玉溪市防震减灾局

3）中国云南652700通海县防震减灾局

4）中国昆明650224云南省地震局

澄江井水温异常映震分析

夏开平1）毕青2）张体移3）龚艳3）付虹4）

1）中国云南652599澄江县防震减灾局

2）中国云南653100玉溪市防震减灾局

3）中国云南652700通海县防震减灾局

4）中国昆明650224云南省地震局

选取云南澄江井2001年6月以来的水温观测资料，分析水温异常变化与地震的对应关系，发现井水温发生明显的突升、突降等短临异常变化时，与观测井300 km范围内5.0级以上地震有较好的对应关系，对应率为62.1%。

水温特征；短临异常；映震

0 引言

在地震前兆观测中，水温观测只是地热观测的一种，水温异常是地热异常的重要部分。地热异常研究的主要思路是，通过对地下中、浅层地温场和深井水温变化的观测与分析，探讨在构造应力作用下，热物质运移、介质能量转化和水动力条件改变引起的温度变化过程（国家地震局科技监测司，1995）。笔者通过对2001年6月以来云南澄江井水温观测资料的分析，试图找出该井水温异常动态变化与井孔周围300 km范围内5.0级以上地震的对应关系，得出异常判定标准，用于日常震情跟踪及短临预测预报工作。

1 观测背景

1.1 井孔概况

澄江县防震减灾局水温观测井（以下简称澄江井），海拔1 778 m，位于小江断裂带西支次级断裂（阳宗—澄江断裂）东侧，周围地层是震旦系下统澄江组（Zac）深灰色、灰绿色砾岩、砂岩层，观测部位是侏罗系下统冯家河组（J1f）深灰色硅质灰岩、泥岩、泥灰岩夹灰岩，灰岩呈短柱状。澄江机井为静水位观测井，深310 m，0—15 m为砖红色粘土层，有一定隔水能力；15—161 m为浅灰色灰岩，充填物为砖红色粘土和灰岩破碎块状物；161—206 m为深灰色硅质灰岩，岩石硬度强；206—310 m为浅灰色、灰色灰岩。井孔附近无开采井，周围无干扰，观测环境较好。开孔直径194 mm，终孔直径91 mm，0—250 m采用无缝钢管成井，主要是将地表水封死，250—300 m为主要观测部位，采用花管滤水，只开放深层裂隙水，根据钻孔钻探岩蕊揭露的情况看，该段地层裂隙较发育，岩层破碎，富水性强。数字式地温计探头放置在井下280 m处，初始温度20.789 2℃，自2001年6月观测以来温度比较稳定。

1.2 地质构造背景

澄江井位于构造断裂带附近，故井孔钻于径向构造、北南走向的小江断裂带西支次级断裂阳宗—澄江断裂附近（图2）。小江断裂带西支主干断裂从澄江坝区东侧穿过，其分支阳宗—二街断裂由北向南穿过澄江盆地汇入抚仙湖，阳宗—澄江断裂沿澄江盆地及抚仙湖西缘穿过，二者夹持着澄江坝子及抚仙湖，该断裂带发生过1999年11月25日澄江5.2级地震，震中距澄江井约2 km。在井孔北东方向100 m处有2个大的构造裂隙水排泄点（上升泉）。

图1 澄江井井孔柱状Fig.1 Columnar map of Chengjiang well hole

图2 澄江井区域地质构造Fig.2 Regional geological structure around well of Chengjiang well

1.3 水温观测仪器

澄江井水温观测选用SZW-1A型数字式高精度地温仪，分辨率0.000 1℃，短期稳定性0.000 1℃/日，长期稳定性0.01℃/年，绝对精度±0.05℃，量程0—100℃。仪器可以用交流供电，也可以用直流12 V供电，性能稳定。

2 澄江井正常动态特征及影响因素

2.1 正常动态特征

2.1.1 水温梯度。水温仪探头置于井深280 m处，根据仪器安装实测梯度数据，绘制澄江井水温垂向梯度图，见图3，可见水温探头处于正梯度段。

2.1.2 （1）水温正常动态。水温仪自2001年6月13日安装投入观测以来，仪器工作稳定，仅2007年7月17日至2009年1月14日，因仪器受雷击、供电故障、通信线路故障等，数据不稳定、不可靠，数据分析时剔除即可，见图4。观测数据没有明显的年变规律性，井孔温度波动变化幅度较大，最大年变幅度为0.524℃（2005年），大多年份在0.2℃—0.4℃，有升温、降温突跳，根据张彬等（2014）对井水温变化的分类，澄江井属于跳跃型。

图3 澄江井水温梯度Fig.3 Water temperature gradient map of Chengjiang well

图4 澄江井水温与水位同步对比分析Fig.4 Comparison and analysis of water temperature and water level in Chengjiang well

（2）同震效应明显。很多观测井水温记录到强烈地震引起的同震变化或震后效应（车用太等，1996），澄江井也多次记录到同震效应。如：2001年11月14日昆仑山口西8.1级地震，震后22 min出现同震效应突降变化，变化幅度0.054 9℃；2004年12月26日印度尼西亚8.7级地震，震后20 min出现同震效应突降变化，变化幅度0.119 8℃；2011年3月24日缅甸7.2级地震，震后19 min出现同震效应突升变化，变化幅度0.055 6℃。总结认为，水温的同震效应特征主要是突降或突升，以突降型居多（图5）。张磊等（2012）的研究表明，同一口井，在一次地震时同震响应可能为水温突升，而在另一次地震时为水温突降，澄江井同样如此。井水温变化能反映井—含水层系统的应力、应变状态的变化，不仅能反映无震时含水层的受力状态（如固体潮），还对远场大震有显著同震效应。水温对远场大震的响应，是井—含水层系统受到地震波作用的结果。

图5 澄江井典型地震事件同震效应变化Fig.5 Typical changes of coseismic effects of some events in Chengjiang well

（3）与水位同步变化。澄江井水温与水位自2001年6月13日起同步观测，水位观测仪器型号LN-3（分辨率1 mm），2006年7月7日至2012年3月2日因故障停测，3月3日恢复观测。水温与水位变化有一定对应关系，从多年观测资料分析，基本为负相关，当水位上升时，水温出现下降变化，但水温变化滞后（图4），2013年后二者在时间上变化更为同步。根据水动力学机制（鱼金子等，1997），即地壳的应力—应变状态变化，引起含水层岩体变形及相应孔隙压力变化，并导致井—含水层系统水动力条件（水力梯度）和水流状况（流速、流量）的改变，由此引发井水温度改变。因此，在地壳构造应力作用下，应力场急剧变化，地下水通道发生改变，致冷水渗入，形成水温下降负异常。

2.2 影响因素

从井孔柱状图（图1）可以看出，地表有近15 m砖红色粘土覆盖，0—250 m采用套管将地表水封死，250—300 m采用花管开放深层水，仪器探头置于280 m深处，受地表水影响较小；因井孔周围岩层裂隙较发育，岩层破碎，地下水活跃，补给渠道较多，认为水温跳跃式变化主要受地下水含水层变化控制。

SZW-1A型数字式高精度地温仪工作稳定，受客观因素影响导致部分缺数，数据连续率降低。仪器外接直流电瓶供电，当电瓶电压过低或电瓶损坏时，同样影响采数，即所采数据不是真实水温。澄江井2010年初出现过此现象，更换直流电瓶即解决此问题。

3 水温映震分析

3.1 典型地震与水温

以2003年、2004年2次澄江4.3级地震及2014年鲁甸6.5级与景谷6.6级地震为例，分析典型与水温异常变化的对应关系，见图6，由图6可见：2003年10月13日水温出现明显下降，至10月15日2天内下降0.039 4℃，11月22日澄江发生4.3级强有感地震，井震距4.5 km，异常结束至发震38天；2004年9月26日水温出现明显下降，至9月30日4天内下降0.010 1℃，10月17日澄江发生4.3级强有感地震，井震距4.5 km，异常结束至发震17天；2014年6月15日至7月23日，水温呈明显“凹型”下降异常，其间出现小幅调整有升有降，异常最大幅度达0.233 7℃，异常持续38天，8月3日发生鲁甸6.5级地震，井震距273 km，10月7日景谷发生6.6级地震，井震距287 km。

3.2 水温异常与地震关系分析

选取自2001年6月澄江井投入观测以来周边半径300 km范围内5.0级以上范围内地震（本地对应4.3级以上，云南省范围内对应7级），分析29次显著水温异常与范围内18组20次地震的对应关系，当出现异常时，后续发生地震的有18次，对应率62.1%，其中16次地震在异常结束后3个月内发震。澄江井水温异常与地震对应关系见表1。

表1 澄江井水温异常与地震关系分析Table 1 Analysis table of relation between water temperature anomalies in Chengjiang well and earthquakes

3.3 映震分析

从表1可知，澄江井水温异常与地震有以下关系：①震前有明显异常，对应率达62.1%，也存在有震无异常或是异常不明显的情况；②异常类型主要以突降型为主，占59%，突升占24%。据邱鹏程等（2005）的研究结果，水温的突升与突降，是地震在孕育过程中受孕震应力作用，观测井所处的承压水层受到隔水层挤压，使得地下水排泄速度加快或减慢，井水温度随之发生相应改变；③以1次异常对应1次地震为主，还有1次异常对应2次地震的情况，认为可能是异常叠加，无法识别异常与地震的对应先后关系；④异常幅度在0.03℃—0.4℃，异常与发震时间间隔最短7天、最长333天，说明主要以3个月以内的短期异常为主，且异常幅度较明显。

4 结论

（1）澄江井多年观测资料分析表明，能记录到较为丰富的水温微动态信息，即水温的地震前兆异常、同震效应等（车用太等，2008），因此认为，该井对地震前兆有较强监测能力，与300 km范围内5级以上地震对应率达62.1%，绝大多数震前异常可信、可靠。

（2）水温以突降型短临异常（3个月左右）为主，且异常变化幅度在0.03℃—0.4℃。在多年实际工作中，结合其他前兆项目及福建省地震活动性，多用于年度趋势会商分析，但也有过短临预测。2003年10月26日、27日澄江禄充一带分别发生3.3级和3.5级地震，笔者根据水温观测数据的突降异常，结合其他前兆、测震资料进行深入分析，认为发生破坏性地震的可能性不大，但在澄江县发生4级左右地震的可能性较大，11月22日凌晨在澄江县龙街镇发生4.3级地震，预测效果较好。对于地震趋势预测，多为虚报或预测时间、地点不准确，说明单靠一个水温观测井的资料很难对地震三要素进行准确预测。

多年观测发现，水温突升异常也能对应井震距300 km以上地震，加之该井水温异常与地震的对应关系较为复杂，且受水位升降影响，有很多有异常而无地震对应情况，在实际工作中容易造成对短临地震的虚报或漏报。

车用太，刘成龙，等.井水温度微动态及其形成机制[J].地震，2008，28（4）：20-28.

车用太，鱼金子，等.我国地震地下水温度动态观测与研究[J].水文地质工程地质，1996，4：34-37.

邱鹏程，刘学领，等.格尔木井水温异常特征及其与地震关系分析[J].地震地磁观测与研究，2005，26(Z1)：20-25.

鱼金子，车用太，等.井水温度微动态形成的水动力学机制研究[J].地震，1997，17（4）：389-396.

张彬，刘耀炜，等.云南地区水温异常与地震关系[J].地球科学（中国地质大学学报），2014，39（12）：1 880-1 885.

张磊，刘耀炜，等.地震波作用引起井孔水温变化特征研究进展//地壳构造与地壳应力文集[C].2012，24（00）：38-45.

国家地震局科技监测司.地震地下流体观测技术[M].北京：地震出版社，1995：9-80.

Seismic analysis of water temperature anomaly in Chengjiang well

Xia Kaiping1)，Bi Qing2)，Zhang Tiyi3)，Gong Yan3)and Fu Hong4)
1) Chengjiang Earthquake Prevention and Disaster Mitigation Bureau,Yunnan Province 652599,China
2) Yuxi Earthquake Prevention and Disaster Mitigation Bureau,Yunnan Province 653100,China
3) Tonghai Earthquake Prevention and Disaster Mitigation Bureau,Yunnan Province 652700,China
4) Earthquake Administration of Yunnan Province,Kunming 650224,China

Selecting the temperature observation data of Chengjiang well in Yunnan since June 2001,the relationship between the anomalous changes of water temperature and earthquake is analyzed.It is found that the sudden short impending anomalous changes of water temperature,such as signifi cant increasing or decreasing,has a good relationship with M≥5.0 earthquakes occurred within the range of 300 km around the observation well,the corresponding rate is 62.1%.

characteristics of water temperature，short impending anomaly，earthquake refl ecting ability

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.05.015

夏开平（1975—），男，云南澄江人，工程师，主要从事地震监测预报工作

2014年滇南重点危险区震情跟踪专项

本文收到日期：2015-03-06