云南漾濞Ms6.4级地震前滇14井流量异常分析

起卫罗，曾庆堂，李宗兴

(1.云南省地震局，云南 昆明 650224；2.云南省保山市地震局，云南 保山 678000)

0 引 言

地震地下流体前兆的映震机理中存在应力—应变的机理和应力—渗流耦合机理，即在地壳应力作用下地下流体渗流场状态的变化引起的地下流体物理化学动态变化。震例与现场观测证明井泉流量是映震灵敏的地下流体观测项目之一，国内外一些专家主张加强井泉流量观测[1-3]。云南省地震局局属部分有条件的专业台站和地方局台站于2016年陆续安装了应急管理部国家自然灾害防治研究院(原中国地震局地壳应力研究所)研制的DLZ-1型四电极测量结构电磁法流量仪[4],2018年11月9日在云南省保山市滇14井安装了此型号流量仪。

滇14井流量投入观测至今，周边120 km范围内发生4.7～6.4级地震共3次，分别为2020年4月16日缅甸Ms5.8级地震、2021年5月13日11时保山市施甸县Ms4.7级地震和5月21日21时48分34秒云南省大理州漾濞县Ms6.4级地震。为了更好地使用滇14井水流量观测资料，通过系统清理近年来该井流量观测资料，归纳出井流量正常动态类型，排除各种干扰之后，发现井水流量在缅甸、施甸、漾濞等中强以上地震前井水流量短临低值异常非常显著。梳理总结出了滇西及滇缅交界地区中强地震前滇14井水流量观测具有短临异常特征，为地震预测研究与实践积累了资料、奠定了基础。

1 云南滇14井概况

1.1 滇14井水文地质概况

滇14井位于云南省保山市隆阳区市地震局院内，处于怒江及澜沧江两条深大断裂带中间。其构造骨架，按构造形迹划分为“歹”字型构造、径向构造、环状构造体系。其中属“歹”字型构造，展布于隆阳区东部，西界与径向构造之柯街断裂带相接，东界延至临沧，自西向东主要构造形迹的昌宁断裂带、澜沧江断裂带属主干断裂带。滇14井地质构造图见图1。

图1 滇14井周边地质构造

图2 漾濞地震与滇14井地理位置

1.2 滇14井概况

滇14井于2016年底开始打井，2017年5月成井，成井深度764 m，出口水温46 ℃，出口流量0.15 L/s，井中逸出气1.5 L/min。2017年8月开始试测水温、水位，后陆续增加了气氡、气汞观测。该井是一个综合观测井，到目前为止，已开展数字化水位、水温、流量、气氡、气汞、氢、氦、CO2、气象三要素和模拟水汞、pH值、F-离子观测。

该井于2018年11月9日开始安装使用应急管理部国家自然灾害防治研究院(原中国地震局地壳应力研究所)研制的DLZ-1型四电极测量结构电磁法流量仪进行流量观测，该仪器解决了不同材料的管道中不同流量大小、不同观测环境下的流量动态自动观测技术，仪器采样率为1 次/min，量程0～10 L/S，测量精度±0.5%。

2 滇14井流量的动态特征分析

2.1 流量的正常动态特征分析

滇14井流量自投入观测以来仪器工作状态正常无故障(2019年9月13日至10月15日因重新改造井口装置，造成仪器停测缺数)，干扰因素较少，仪器数据于2019年1月接入云南省局数据库进行管理。流量正常背景值约为0.15 L/s左右，正常日动态为随机起伏型，伴随脉冲或阶变，日变幅约0.002 4 L/s(图3a)；月动态类型可归纳为起伏缓降型，月变幅约0.002 8 L/s(图3b)；年动态可归纳为平稳缓降型，年变幅约0.003 5 L/s(图3c)。日变化幅度很小说明观测含水层受外界影响较小，封闭性较好，数据稳定、可靠。

图3 滇14井流量正常动态数据曲线

2.2 流量观测数据异常特征

2020年4月11日06时至2020年4月16日06时，滇14井流量出现低值异常，2020年4月16日发生缅甸Ms5.8级地震，数据曲线形态见图4a；2021年5月3日02时至5月8日3时滇14井流量又一次记录到多个低值脉冲异常，随后于5月13日11时42分36秒在保山市施甸县发生Ms4.7级地震(图4b)；5月15日0时至5月20日18时，再次记录到低值异常形态，随后于5月21日21时48分34秒在云南省大理州漾濞县发生Ms6.4级地震(图4b)。同井观测的水温、水位、气氡、气汞记录数据，在此次地震过程中，没有明显的异常变化(图5)。

图4 滇14井流量异常曲线

图5 流量与水位、水温、气汞、气氡记录对比曲线(20210415～20210610)

漾濞6.4级地震发生前，2021年5月3日02时至2021年5月8日3时滇14井流量仪记录到多个低值脉冲异常数据形态，变化最大幅度0.012 L/s，是正常年变幅的342%，随后于5月13日11时42分36秒在保山市施甸县发生Ms4.7级地震；2021年 5月15日0时至2021年5月20日18时，又一次记录到低值异常形态，变化最大幅度0.006 2 L/s，是正常年变幅的177%，随后于5月21日21时48分34秒在云南省大理州漾濞县发生Ms6.4级地震。类似异常形态还有2020年4月16日缅甸Ms5.8级地震发生前，2020年4月11日06时至2020年4月16日06时低值异常，变化最大幅度0.007 6 L/s，是正常年变幅的217%。三次异常均十分显著，持续时间在5～11天左右，形态重现总体一致。

由表1可以看出，地下水流量动态的映震特征主要表现为短临异常，异常变化幅度相对较大，异常时间出现在震前几天至十几天，短临特征显著。

表1 流量异常数据统计

该井同井观测的水温、水位、气氡、气汞记录数据，在此次地震过程中，没有明显的异常变化。出现同井观测的变化差异，可能是各测项本身对构造应力的敏感程度、仪器对异常信息的捕捉能力及传感器安装位置等因素造成。有学者在这方面的实验研究[5-8]也证明了地下水流量对地壳应变的反映能力可能要比地下水位、水温度、水化学组分等的反映能力强。

3 讨论和结论

滇14井流量观测清晰的记录到缅甸、施甸、漾濞地震前的短临异常形态，得到以下认识：

(1)地下水动态前兆异常信息可能与含水岩体的微破裂发展有关。不同温度与围压条件下岩石变形破坏的试验结果表明[9]，无论是岩石的屈服强度还是峰值强度都是随着有效围压的增加而变大，随着温度的升高而变小。即温度越高,有效围压越小，岩石越容易变形和破裂。滇14井是成井较深的自流井，水头高度大于12 m，初始孔压较大，在等深度的含水层中其有效围压变小。另外，该井的井口温度值为45.0 ℃，属高温温泉井，相对而言热水层岩土比冷水层岩土更容易发生变形和破坏。据此从其岩土力学的机制上，对流量动态能够灵敏反映地震的原因，得到了合理的解释。

(2)从水动力学机制上讲，由于该井的井口温度值为45.0 ℃，属高温温泉井，其粘滞性比非自流的冷水要小得多，所受到的运动阻力也就相对减弱，相同的孔隙压力作用下更容易在井孔—含水层之间发生流动，因而对于地壳内部的孕震信息具有反应灵敏、传递速度快等特点。另外，该井的井口逸出气量是1.5 L/min，含气量较大，比重轻，相等隙压力变化下等效水柱高度偏大，因而流量的异常幅度较大、形态清晰、容易识别。

(3)从不同研究者在不同地区通过不同的途径进行试验观测的结果都表明，地下水流量观测无论是对地壳应变的反映还是对地壳破裂的反映，都优于地下水压力与温度的观测，也优于地下水化学组分的观测。许多震例资料都充分表明，流量动态异常特征能较好的反映地震前的状态，这是一种有可能捕捉到地震前短临信息的预测方法。

由于目前井(泉)水流量连续自动观测在云南还较少，附近地区并无台站进行流量观测，因此无法作资料对比分析，异常信度还有待进一步的资料积累来证实。