安徽霍山佛子岭水库宏观异常核实及分析

2022-04-06李军辉裴红云刘泽民

华南地震 2022年1期

李军辉，裴红云，陈俊，何康，刘泽民

（1.安徽省地震局，合肥 230031；2.蒙城地球物理国家野外科学观测研究站，合肥 230031）

0 引言

人的感官能直接觉察到的地震前兆称为地震的宏观前兆，简称宏观前兆。比较常见的有，井水陡涨陡落、变色变昧、翻花冒泡、温度升降，泉水流量的突然变化，温泉水温的突然变化，动物的习性异常，临震前的地声和地光等[1-3]。

宏观前兆在地震预报中具有重要的作用，1975年辽宁海城7.3级地震和1976年松潘——平武7.2 级地震前，曾观察到大量动物类的宏观异常现象，为这两次地震的成功预报提供了重要资料。此外，1976年唐山7.8 级地震前，在河北、山东等地发现了几百起水的宏观异常，包括井水自流、泉水翻花冒泡、变黄变红等[3]。不过也应当注意，上面所列举的多种宏观现象可能由多种原因造成，不一定都是地震的预兆。例如：井水和泉水的涨落可能和降雨的多少有关，也可能受附近抽水、排水和施工的影响，井水的变色变味可能因污染引起，动物的异常表现可能与天气变化、疾病、外界剌激等有关[4]。2008年汶川地震后，广东省地震局利用干扰因素排除，区域构造及流体动力学等对省内出现的两次流体宏观异常进行分析，排除了地震前兆的可能[5]。

2021年5月22 日，青海玛多发生7.4 级地震后，5月24 日，距离玛多地震震中约1500 km 的霍山县地震局上报佛子岭水库出现大面积的发白、发浑，呈现类似肥皂水的变化，安徽省地震局及时组织专家多次前往现场核实，为判定该异常是否为前兆或震后效应异常，对水库水体进行了取样检测，化验其中的离子组分进行对比分析，本文主要介绍核实的过程及水样检测结果，供业务人员在今后的相关异常核实工作参考。

1 佛子岭水库宏观异常

1.1 佛子岭水库基础资料

佛子岭水库位于淮河支流淠河东源上游，坝址在安徽省霍山县城西南17 km 处，漫水河、黄尾河径流入库，佛子岭水库上游两条支流各有一个水库磨子潭水库和白莲崖水库。佛子岭水库1954年竣工，控制流域面积1840 km2，总库容4.96 亿m3，水库呈“Y”型，分为东河、西河，库区植被为阔叶针叶混交林、竹林等，植被覆盖率90%以上。年均降雨量为1500 mm，水库生态条件优越，上游无工业污染，水质清新[6]。

从地质构造上来看，佛子岭水库位于“霍山地震窗”内的两条断层的交汇部位，距离西北方向的响洪甸水库约32 km，距离梅山水库约53 km。该区域位于郯庐断裂带与商城—麻城断裂之间，构造较为复杂，从该区域的历史及现代地震的分布来看，地震活动主要沿NE 向分布，与土地岭—落儿岭断裂的的延伸方向一致[7]，在土地岭—落儿岭断裂和青山—晓天断裂的交汇处，地震活动尤为集中（图1）。水库坝址区由变质岩、花岗岩和近代沉积岩组成，变质岩系为黑色石英岩和石英岩夹片岩，花岗岩多呈现规则的岩墙，穿插于变质岩系中。坝址区域岩石构造大致近乎东西向，无大断层，岩层向上游倾斜。花岗岩之间的变质岩，大多为黑色石英岩。

图1 佛子岭水库的地理位置及历史地震、断层分布Fig.1 Geographical location of Foziling Reservoir and distribution of historical earthquakes and faults

1.2 宏观异常特征

2021年5月22 日，青海发生玛多7.4 级地震后，霍山县佛子岭水库在5月22 日从水库大坝向上14 km水域水体都出现发白、浑浊的现象，24日达到峰值，25日减弱（图2左），村民称此前未发现类似情况出现，6月1 日至2 日佛子岭水库泄洪放掉表层水后，变浑发白现象逐渐消失，恢复正常（图2 右）。青海玛多地震震中距离佛子岭水库约1600 km，距离佛子岭水库较近的响洪甸和梅山水库未出现类似的变化，通过类比分析初步认为佛子岭水库的宏观现象不是玛多地震的远场效应。

图2 不同时段佛子岭水库大坝附近水体对比Fig.2 Comparison of water bodies near the dam of Foziling Reservoir at different times

2 宏观异常核实过程

2.1 周边环境调研

由于水库环境周边山体复杂，很多地方无法到达，仅对水库大坝周边100 m 范围内的地质环境进行了走访调查，未发现有地表裂缝、塌陷坑、喷沙冒水等现象，周边农田、水塘未发现水体浑浊形象。

对水库上游和下游进行走访和调研，发现下游水体也有轻微的发白浑浊现象（图3）。磨子潭水库位于佛子岭水库的上游，主要由东河和黄尾河汇流形成。磨子潭水体颜色整体正常（图4）。

图3 佛子岭水库下游水体 Fig.3 Water bodies of downstream of Foziling Reservoir

图4 磨子潭水库水体Fig.4 Water bodies of Mozitan Reservoir

2.2 取水样检测

现场对水库的水体进行了调研，发现水体无明显的异味，主要是坝体向上大范围出现大范围的水体发白、浑浊现场，5月25日和5月31日对不同区域的水体点进行了取样开展离子成分化验（图5），8月24日在图5中001号点的位置又进行取样。水样采集后及时送至华东冶金地质勘查局中心实验室进行检测，HCO3-采用标准甲基橙指示剂滴定法，利用离子色谱发测定SO42-、Cl-、NO3-，它们的检出限分别为0.1、0.04和0.1 mg/L。Ca2+、Mg2+、Na+、K+等离子含量采用电感耦合等离子体发射光谱法测定，其检出限分别为5、5、10、16 和20 μg/L，阴阳离子的误差控制在10%以内。

图5 佛子岭水库取样点位及取水口位置Fig.5 Sampling points and water intake location of Foziling Reservoir

3 水样检测结果分析

3.1 空间对比分析

研究表明Ca+、Na+、K+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-、NO3-等8 种离子在水库广泛存在，且含量最高，很大程度上决定了水体的水化学特征，通常岩溶水中Ca+、Mg2+、HCO3-离子主要来源于岩溶作用，形成岩溶水体的优势离子[8]。

本次对佛子岭水库的5个点位（图5）在2021年5月25日和5月31日两个时段取水样进行离子含量等相关参数检测，检测结果如表1 和图6 所示。从2 次水样的化验的结果对比来看：①PH 值结果：5月25 日的取样结果显示佛子岭水库整体PH 值都在9 以上，整体偏碱性，5月31 日5个点的PH 值在8以下，在正常范围内，5 点位中5月31 日的HCO3-的含量比5月25的含量均高2倍左右，CO32-的含量5月25 日较好，5月31 日几乎未检出，这与PH 的结果是一致的。②水样的阴阳离子三角图主要反映水库主要成分的变化，在不同时段的5个点位的阳离子中，Ca+离子所占的比重都是最高的，达到60%，Na+、K+、Mg2+离子都在20%以下；在阴离子中，HCO3-所占的比重最高，达到90%左右，SO42-、Cl-、NO3-都在20%以下（图6），这说明，佛子岭水库水化学类型是Ca-HCO3 型，这两种离子的浓度与岩溶作用强度有密切的关系，显示了碳酸盐的溶蚀-沉淀过程对佛子岭水库水化学特征有控制作用。③研究表明，Cl是保守元素，在地表水循环中也相对稳定，一般认为Cl 主要来自海洋离子，但也会受到人类活动的影响，海水中Cl-/Na+的比值为1.17[9]，如果受到大气降雨的影响，Cl-/Na+应该接近1.17，而佛子岭水库中Cl-/Na+的平均值为0.48，要远小于大气降水和人类活动来源的比值，这说明佛子岭水库受到其它来源的Na+离子的干扰，在佛子岭水库的上游广泛分布硅酸盐岩石，其风化过程中产生Na+离子，而不产生Cl-，从而影响水体中Cl-/Na+的比值。④其它参数，如总矿化度、总碱度、总硬度等参数变化大体一致（表1）。

表1 佛子岭水库不同时段5个点位水样参数Table 1 Water sample parameters at 5 points in different periods of the Foziling Reservoir

图6 佛子岭水库不同点位离子参数对比Fig.6 Comparison of ion parameters at different sites in Foziling Reservoir

3.2 时间对比分析

对点1 分别在5月25、5月31、8月24 日进行了三次取水样开展检测，结果显示：在不同时段离子含量检测中，三个时段的离子对比发现，PH值正常时段的HCO3-含量是异常时段的3 倍多，异常时段的CO32-含量最高，其它时段未检出，其它离子含量大致相当，无明显的异常（表2）。

表2 佛子岭水库点1不同时段离子参数对比Table 2 Comparison of ion parameters at different sites in Foziling Reservoir

Na-K-Mg 三角图解被用来评价水-岩平衡状态和区分不同类型的水样。图7 为2021年3个不同时段佛子岭水库的Na-K-Mg 三角图，图中曲线为矿物平衡饱和线，发现水样的Na-K-Mg 离子含量均落在Mg 端元附近（图7），说明佛子岭水库的水为“未饱和水”，二者循环周期相对较快，水-岩反应程度相对较低，水-岩之间尚未达到离子平衡状态，溶解作用仍在进行[10]。

图7 水库水Na-K-Mg三角图Fig.7 Triangular diagrams of the Na-K-Mg

3.3 取水口不同深度PH对比

为进一步动态监测佛子岭水库数据的变化，霍山自来水厂自5月25 日开始每日在水库大坝上游约1 km 的取水口（图5 三角形）分别取4 m、9 m、13 m 的水样进行分析，检验的结果显示：水下4 m的PH 值自5月25 日开始都大于9，呈现碱性的变化，6月1-2 日，水库放水后，PH 值回归正常变化，溶解氧的含量无明显的趋势性变化（图8a）；水下的9 m 的PH 值在8 附近波动变化，溶解氧的变化也无明显的突变（图8b）；5月1 日至8月24日，取水口水深13 m 的PH 值变化较为稳定，均在7～7.5 之间波动变化，未出现PH 值大于8 的变化（图8c）。因此，认为佛子岭水库水体的异常来自地下的构造活动的可能性较小，不是地震前兆异常。

图8 取水口不同深度PH及溶解氧的变化Fig.8 Changes of PH and dissolved oxygen at different depths at the intake of Foziling Reservoir

3.4 气象因素影响

近年来由于气候等原因，降雨集中且强度大，引起山洪、在库区茂密的植被条件下，强大的地表径流将大量的有机质带入水库，可引起水体的营养的积累[11]。本文收集了水库地区的2017年以来的气温、气压及降雨数据（图9），结果显示：2017年以来，该区域的气温、气压、降雨量数据呈现正常的年变动态（图9a、b、c），未出现明显的突变；2021年5月1至31的气象三要素的变化也呈现正常的变化（图9d、e），5月10-15 有明显的降雨过程，与5月24 日水库的的发浑发白现象存在较大的时间差（图9f），分析认为降雨引起该异常的可能性较小。

图9 佛子岭水库区域气象三要素的变化曲线Fig.9 Variation curve of three meteorological elements in Foziling Reservoir

3.5 区域地震活动分析

佛子岭水库位于“霍山地震窗”范围内，该震情窗位于大别山隆起块体与华北块体接触带的北大别山沉降带的南缘，是秦岭—大别造山带与郯庐断裂带的交汇部位，构造较为特殊，在传统的震情窗研究中，一般利用小震得活动频次来判定震情形势，并以此为基础统计震情窗与地震的关联，取得了一定的效果[12]。2019年10月1 日至2021年8月20 日的“霍山窗”1.0 级以上的地震的日频次结果显示：2021年5月24 日前，地震窗内地震活动未出现明显的增强变化，水库宏观异常出现3个月后，区域地震活动也未出现明显的增强变化（图10），因此可以认为该异常为地震前兆的可能性很小。