于春頌 張環(huán)曦 周劍青張墨思 佟 鑫 夏偉奔

1）河北省地震局秦皇島中心臺(tái)，秦皇島066100 2）中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京100045

學(xué)術(shù)論文

昌黎井水溫異常與地震關(guān)系初析＊

于春頌1）張環(huán)曦1）周劍青1）張墨思1）佟 鑫1）夏偉奔2）

1）河北省地震局秦皇島中心臺(tái)，秦皇島066100 2）中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京100045

昌黎井水溫具有較規(guī)律性的年變化動(dòng)態(tài)趨勢(shì)，同時(shí)具有比較明顯的震前、震時(shí)和震后異常。通過(guò)整理分析昌黎井水溫資料，根據(jù)昌黎井水溫變化機(jī)理，重點(diǎn)分析昌黎井水溫對(duì)應(yīng)2012年唐山5·28地震前兆異常暨長(zhǎng)趨勢(shì)異常，發(fā)掘昌黎井水溫所包含的地震短臨前兆信息，為今后更好地利用昌黎井水溫資料進(jìn)行分析預(yù)報(bào)工作提供幫助。

水溫；地震；前兆異常

引言

地下流體觀(guān)測(cè)是我國(guó)開(kāi)展地震監(jiān)測(cè)工作的重點(diǎn)，水溫觀(guān)測(cè)作為地下流體觀(guān)測(cè)的一項(xiàng)重要手段，一直受到地震專(zhuān)家的高度重視。許多地震專(zhuān)家對(duì)取得的豐富水溫資料進(jìn)行了仔細(xì)研究，得出了各種水溫變化機(jī)理，提取了很多地震前兆信息，特別是數(shù)字化水溫儀器投入觀(guān)測(cè)以來(lái)，水溫觀(guān)測(cè)資料的質(zhì)量進(jìn)一步提高，它包含了大量的地震前兆信息。因此，對(duì)水溫資料進(jìn)行分析研究，對(duì)地震預(yù)測(cè)工作意義重大。

1 昌黎井臺(tái)站地理、地質(zhì)構(gòu)造情況及基礎(chǔ)資料

秦皇島中心臺(tái)何家莊地震臺(tái)昌黎井位于昌黎城區(qū)東部，緊鄰205國(guó)道，位于39°N，119°E，在昌黎葡萄酒廠(chǎng)院內(nèi)，井孔地面高程15．0 m，屬熱水自流井。昌黎井地處燕山山前平原、飲馬河沖積扇上，在昌黎—寧河斷裂北側(cè)約1．5 km處。該井成井于1975年12月，1976年1月正式投入觀(guān)測(cè)。該井深301．4 m，地表至地下75．76 m為第四系粘土、細(xì)砂；75．77～85．84 m為中粗砂夾礫石含水層，85．84 m以下為前震旦紀(jì)混合花崗巖和角閃斜長(zhǎng)片麻巖，172～180 m處巖石破碎，為主要的出水段。地下水類(lèi)型為脈沖狀裂隙水，補(bǔ)給區(qū)為北部山區(qū)及北東向低山丘陵區(qū)，排泄于上覆中粗砂夾礫石含水層。井管0～91．92 m的井孔直徑為170 mm；91．92 m至井底井徑為110 mm。完井后下φ168 mm套管至91．92 m，其下為裸眼出水，水泥止水段長(zhǎng)15 m。井內(nèi)下φ13 mm塑料管至79 m，出水口由φ13 mm塑料管引出。

昌黎井的水溫觀(guān)測(cè)儀器為SZW-1數(shù)字水溫觀(guān)測(cè)儀，傳感器埋深為180 m，對(duì)應(yīng)主要出水段。儀器自2002年首都圈工程安裝后工作一直正常，取得的觀(guān)測(cè)資料質(zhì)量較高，真實(shí)記錄了昌黎井水溫的變化趨勢(shì)，水溫觀(guān)測(cè)資料質(zhì)量可靠。

2 昌黎井水溫多年變化趨勢(shì)及異常分析

本文選取昌黎井2004年8月—2010年11月資料進(jìn)行分析，其日均值如圖2所示。

昌黎井水溫觀(guān)測(cè)數(shù)值正常年變幅在0．1℃內(nèi)，月變和日變值在0．01℃內(nèi)，水溫正常時(shí)值平均變化量為0．001℃，水溫?cái)?shù)據(jù)2004年8月—2006年5月總體呈上升趨勢(shì)，2006年5月—2010年10月總體呈平緩下降趨勢(shì)，整體趨勢(shì)中存在4個(gè)峰值和1個(gè)臺(tái)階變化，分別為2005年8月1—19日水溫突升0．035℃；2006年5月4—11日水溫突升0．02℃；2006年6月1日—7月16日水溫下降0．02℃，7月16日突升0．03℃；2008年5月突升0．02℃；2011年3月11日臺(tái)階突升0．02℃。這幾次變化與正常日變、月變明顯不同，超出正常變化量的20倍，應(yīng)認(rèn)定為異常［1］。

昌黎井距離唐山老震區(qū)直線(xiàn)距離為60 km。研究表明，唐山老震區(qū)地震地質(zhì)活動(dòng)可能直接改變昌黎井含水層的應(yīng)力狀態(tài)，從而引起昌黎井水溫的較大變化，由此得出昌黎井水溫變化與唐山老震區(qū)及其他地區(qū)地下地震地質(zhì)活動(dòng)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

根據(jù)對(duì)昌黎井水溫?cái)?shù)據(jù)的分析，推斷出昌黎井所在地區(qū)地下地質(zhì)活動(dòng)的頻度和力度，認(rèn)為2005年、2006年和2008年可能為昌黎井所在地區(qū)地質(zhì)活動(dòng)異常年，而2008年—2011年8月，水溫因日本地震影響出現(xiàn)臺(tái)階，總體呈現(xiàn)平緩下降狀態(tài)，應(yīng)為水溫長(zhǎng)趨勢(shì)異常。昌黎井水溫異常對(duì)應(yīng)的地震情況見(jiàn)表1。

（1）昌黎井水溫2005年8月異常對(duì)應(yīng)日本地震。圖3顯示，昌黎井水溫在2005年8月1—19日出現(xiàn)3次明顯的震蕩上升下降異常，峰值與昌黎井正常值相差0．04℃，震蕩周期為1周左右。日本地震發(fā)生在2005年8月16日，水溫異常與該地震具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其中8月1—16日水溫變化為地震前兆異常，16—19日為水溫震后變化。

（2）昌黎井水溫2006年5月異常對(duì)應(yīng)印尼地震。圖4顯示，昌黎井水溫2006年5月4—13日出現(xiàn)明顯上升—下降異常，水溫5月4日開(kāi)始快速上升，至5月6日達(dá)到峰值后開(kāi)始快速下降，5月7—13日水溫緩慢下降，13—14日水溫緩慢上升。水溫5月6日達(dá)到峰值，日變化幅度達(dá)到0．025℃，5月6日后開(kāi)始下降。該異常持續(xù)時(shí)間為10 d，5月16日印尼發(fā)生7．3級(jí)地震，該異常應(yīng)為印尼地震的震前異常。

（3）昌黎井水溫2008年5月異常對(duì)應(yīng)汶川地震。圖5顯示，昌黎井水溫5月1日開(kāi)始緩慢下降，至5月12日達(dá)到最低值，水溫緩慢下降變化為汶川地震震前異常；震后昌黎井水溫出現(xiàn)突跳上升，應(yīng)為汶川地震引起昌黎水溫變化的同震反應(yīng)。

（4）昌黎井水溫2011年3月異常對(duì)應(yīng)日本地震。圖6顯示，昌黎井水溫自2011年2月一直處于緩慢上升的趨勢(shì)，在2011年3月11日水溫突跳上升，出現(xiàn)峰值，水溫日值上升達(dá)到0．12℃，突跳上升幅度巨大。日本地震發(fā)生在2011年3月11日，水溫異常與日本地震具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。昌黎井水溫異常持續(xù)時(shí)間為3月11日—4月26日，應(yīng)為昌黎井水溫對(duì)應(yīng)日本地震的震后反應(yīng)。

3 昌黎井水溫異常對(duì)應(yīng)唐山5·28地震前兆異常分析

本文選取2012年1月—2012年6月水溫資料進(jìn)行分析，繪制曲線(xiàn)如圖7所示。

圖中顯示昌黎井水溫自2012年1月一直處于緩慢上升趨勢(shì)，水溫最低值與2012年6月份的相對(duì)高值相差0．08℃，水溫平均日上升值為0．000 4℃，但在2012年3月30日水溫突跳上升，出現(xiàn)峰值，水溫日值上升達(dá)到0．02℃，突跳上升幅度較大，為平均日變量的50倍，可判定為突跳異常。昌黎井水溫異常持續(xù)時(shí)間為2012年1月—2012年7月，之后水溫保持平穩(wěn)趨勢(shì)。

根據(jù)以往的研究，昌黎井水溫對(duì)應(yīng)地震具有不同類(lèi)型地震有著不同的映震反應(yīng)，尤其是對(duì)日本及印尼地震映震效應(yīng)明顯，能夠很好地反映環(huán)太平洋地震帶的地震活動(dòng)，但與內(nèi)陸地震的對(duì)應(yīng)關(guān)系不太明顯（青海、新疆、俄羅斯等），這可能與昌黎井毗鄰渤海有關(guān)。昌黎井水溫映震機(jī)理目前尚不十分明確，可能與地震發(fā)生的類(lèi)型、方位、地震震中與昌黎井的距離、地震震級(jí)均有關(guān)系，要徹底揭示昌黎井水溫映震機(jī)理，需要進(jìn)一步監(jiān)測(cè)和總結(jié)。昌黎井水溫前兆異常對(duì)應(yīng)遠(yuǎn)震大震一般表現(xiàn)為緩慢下降—突跳上升—緩慢下降，且同震效應(yīng)明顯，出現(xiàn)峰值，應(yīng)與遠(yuǎn)震釋放能量較大有關(guān)；對(duì)應(yīng)近震前兆異常表現(xiàn)為持續(xù)上升，震前出現(xiàn)峰值。

2012年5月28日河北省唐山市古冶區(qū)與灤縣交界發(fā)生4．8級(jí)地震，地震宏觀(guān)震中位于古冶區(qū)的王輦莊鄉(xiāng)。震中烈度為Ⅴ度，位于華北地震帶與張家口—渤海地震帶交匯處，震源機(jī)制解P軸方位為SEE，T軸方位為SSW，接近水平，震源斷層面的滑動(dòng)角為178°，地震類(lèi)型為右旋走滑型，是1976年唐山7．8級(jí)地震晚期余震的正常起伏［2］。昌黎井水溫長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)上升和突跳異常與唐山礦水位、豐南礦水位異常時(shí)間對(duì)應(yīng)較好，應(yīng)為2012年5月28日唐山4．8級(jí)地震和2012年6月17日唐山玉田4．2級(jí)地震的前兆異常。

昌黎井水溫觀(guān)測(cè)儀器傳感器埋深為180 m，對(duì)應(yīng)主要破碎巖石出水段，構(gòu)造和地質(zhì)活動(dòng)能量易對(duì)該種巖石結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。魚(yú)金子等［3］根據(jù)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)、異常特征等提出了水動(dòng)力學(xué)機(jī)制，即含水層變形—含水層內(nèi)孔隙壓力變化—井—含水層系統(tǒng)內(nèi)水流變化—井水溫度變化，說(shuō)明構(gòu)造和地震活動(dòng)引起了含水層變形，而含水層變形導(dǎo)致含水層受力狀態(tài)的改變，從而引起水溫發(fā)生異常變化。昌黎井所處的寧河—昌黎地震帶位于震中東部，地質(zhì)構(gòu)造類(lèi)型較為一致。該地震與昌黎井井震距為50 km，震中地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)釋放能量作用于昌黎井，含水層受到擠壓，底層較高溫度的水迅速向上運(yùn)移，與上層水形成熱交換，造成儀器探頭所在水層水溫快速上升。

4 結(jié)論

通過(guò)以上對(duì)昌黎井水溫資料的初步分析，認(rèn)為：

（1）昌黎井水溫異常變化具有明顯的前兆及震后效應(yīng)。

（2）昌黎井水溫2012年1—5月異常變化為唐山5·28地震的前兆異常，昌黎井水溫變化與唐山老震區(qū)的地震活動(dòng)關(guān)系密切，應(yīng)加強(qiáng)關(guān)注。

（3）昌黎井水溫觀(guān)測(cè)映震靈敏度較高，有可能捕捉到地震前兆異常短臨信息。

（作者電子信箱，于春頌：2005ycs＠163．com）

［1］張環(huán)曦，于春頌，郭建芳，等．昌黎井?dāng)?shù)字化水溫資料分析．地震地磁觀(guān)測(cè)與研究，2012，33（5）：188-192

［2］張躍剛，王玉珍，尹寶軍，等．2012年5月28日河北省唐山4．8級(jí)地震．中國(guó)地震，2013，29（2）：219-229

［3］魚(yú)金子，車(chē)用太，劉五洲．井水溫度微動(dòng)態(tài)形成的水動(dòng)力學(xué)機(jī)制研究．地震，1997（4）：389-396

Analysis on the relationship between earthquake and precursory anomaly of water temperature of Changli well

Yu Chunsong1），Zhang Huanxi1），Zhou Jianqing1），Zhang Mosi1），Tong Xin1），Xia Weiben2）
1）Qinhuangdao Seismic Station，Earthquake Administration of Hebei Province，Qinhuangdao 066100，China 2）China Earthquake Networks Center，Beijing 100045，China

The change and dynamic trend of water temperature of Changli well has more annual regularity with obvious anomaly before，during，and after earthquake．In this paper，by analyzing the water-temperature data of Changli well，and according to the mechanism of water temperature data changes，the relationship between the water temperature and the precursory anomalies of May 28th，2012 Tangshan earthquake is chiefly analyzed，especially the long abnormal trend，to figure out the impending precursory information of earthquake which contained in the water temperature of Changli well．It is helpful to the better use of the water temperature data of Changli well for analysis and forecasting work in the future．

water temperature；earthquake；precursory anomaly

P315．72；

A；

10．3969／j．issn．0235-4975．2014．07．004

2014-01-06；

2014-03-05。

河北省2013年地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目“昌黎中層水溫對(duì)應(yīng)唐山5·28地震前兆分析”資助。