李軍輝，裴紅云，陳 俊，何 康，劉澤民

（1.安徽省地震局，合肥 230031；2.蒙城地球物理國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，合肥 230031）

0 引言

人的感官能直接覺(jué)察到的地震前兆稱為地震的宏觀前兆，簡(jiǎn)稱宏觀前兆。比較常見(jiàn)的有，井水陡漲陡落、變色變昧、翻花冒泡、溫度升降，泉水流量的突然變化，溫泉水溫的突然變化，動(dòng)物的習(xí)性異常，臨震前的地聲和地光等[1-3]。

宏觀前兆在地震預(yù)報(bào)中具有重要的作用，1975年遼寧海城7.3級(jí)地震和1976年松潘——平武7.2 級(jí)地震前，曾觀察到大量動(dòng)物類的宏觀異常現(xiàn)象，為這兩次地震的成功預(yù)報(bào)提供了重要資料。此外，1976年唐山7.8 級(jí)地震前，在河北、山東等地發(fā)現(xiàn)了幾百起水的宏觀異常，包括井水自流、泉水翻花冒泡、變黃變紅等[3]。不過(guò)也應(yīng)當(dāng)注意，上面所列舉的多種宏觀現(xiàn)象可能由多種原因造成，不一定都是地震的預(yù)兆。例如：井水和泉水的漲落可能和降雨的多少有關(guān)，也可能受附近抽水、排水和施工的影響，井水的變色變味可能因污染引起，動(dòng)物的異常表現(xiàn)可能與天氣變化、疾病、外界剌激等有關(guān)[4]。2008年汶川地震后，廣東省地震局利用干擾因素排除，區(qū)域構(gòu)造及流體動(dòng)力學(xué)等對(duì)省內(nèi)出現(xiàn)的兩次流體宏觀異常進(jìn)行分析，排除了地震前兆的可能[5]。

2021年5月22 日，青?，敹喟l(fā)生7.4 級(jí)地震后，5月24 日，距離瑪多地震震中約1500 km 的霍山縣地震局上報(bào)佛子嶺水庫(kù)出現(xiàn)大面積的發(fā)白、發(fā)渾，呈現(xiàn)類似肥皂水的變化，安徽省地震局及時(shí)組織專家多次前往現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，為判定該異常是否為前兆或震后效應(yīng)異常，對(duì)水庫(kù)水體進(jìn)行了取樣檢測(cè)，化驗(yàn)其中的離子組分進(jìn)行對(duì)比分析，本文主要介紹核實(shí)的過(guò)程及水樣檢測(cè)結(jié)果，供業(yè)務(wù)人員在今后的相關(guān)異常核實(shí)工作參考。

1 佛子嶺水庫(kù)宏觀異常

1.1 佛子嶺水庫(kù)基礎(chǔ)資料

佛子嶺水庫(kù)位于淮河支流淠河?xùn)|源上游，壩址在安徽省霍山縣城西南17 km 處，漫水河、黃尾河徑流入庫(kù)，佛子嶺水庫(kù)上游兩條支流各有一個(gè)水庫(kù)磨子潭水庫(kù)和白蓮崖水庫(kù)。佛子嶺水庫(kù)1954年竣工，控制流域面積1840 km2，總庫(kù)容4.96 億m3，水庫(kù)呈“Y”型，分為東河、西河，庫(kù)區(qū)植被為闊葉針葉混交林、竹林等，植被覆蓋率90%以上。年均降雨量為1500 mm，水庫(kù)生態(tài)條件優(yōu)越，上游無(wú)工業(yè)污染，水質(zhì)清新[6]。

從地質(zhì)構(gòu)造上來(lái)看，佛子嶺水庫(kù)位于“霍山地震窗”內(nèi)的兩條斷層的交匯部位，距離西北方向的響洪甸水庫(kù)約32 km，距離梅山水庫(kù)約53 km。該區(qū)域位于郯廬斷裂帶與商城—麻城斷裂之間，構(gòu)造較為復(fù)雜，從該區(qū)域的歷史及現(xiàn)代地震的分布來(lái)看，地震活動(dòng)主要沿NE 向分布，與土地嶺—落兒嶺斷裂的的延伸方向一致[7]，在土地嶺—落兒嶺斷裂和青山—曉天斷裂的交匯處，地震活動(dòng)尤為集中（圖1）。水庫(kù)壩址區(qū)由變質(zhì)巖、花崗巖和近代沉積巖組成，變質(zhì)巖系為黑色石英巖和石英巖夾片巖，花崗巖多呈現(xiàn)規(guī)則的巖墻，穿插于變質(zhì)巖系中。壩址區(qū)域巖石構(gòu)造大致近乎東西向，無(wú)大斷層，巖層向上游傾斜。花崗巖之間的變質(zhì)巖，大多為黑色石英巖。

圖1 佛子嶺水庫(kù)的地理位置及歷史地震、斷層分布Fig.1 Geographical location of Foziling Reservoir and distribution of historical earthquakes and faults

1.2 宏觀異常特征

2021年5月22 日，青海發(fā)生瑪多7.4 級(jí)地震后，霍山縣佛子嶺水庫(kù)在5月22 日從水庫(kù)大壩向上14 km水域水體都出現(xiàn)發(fā)白、渾濁的現(xiàn)象，24日達(dá)到峰值，25日減弱（圖2左），村民稱此前未發(fā)現(xiàn)類似情況出現(xiàn)，6月1 日至2 日佛子嶺水庫(kù)泄洪放掉表層水后，變渾發(fā)白現(xiàn)象逐漸消失，恢復(fù)正常（圖2 右）。青?，敹嗟卣鹫鹬芯嚯x佛子嶺水庫(kù)約1600 km，距離佛子嶺水庫(kù)較近的響洪甸和梅山水庫(kù)未出現(xiàn)類似的變化，通過(guò)類比分析初步認(rèn)為佛子嶺水庫(kù)的宏觀現(xiàn)象不是瑪多地震的遠(yuǎn)場(chǎng)效應(yīng)。

圖2 不同時(shí)段佛子嶺水庫(kù)大壩附近水體對(duì)比Fig.2 Comparison of water bodies near the dam of Foziling Reservoir at different times

2 宏觀異常核實(shí)過(guò)程

2.1 周邊環(huán)境調(diào)研

由于水庫(kù)環(huán)境周邊山體復(fù)雜，很多地方無(wú)法到達(dá)，僅對(duì)水庫(kù)大壩周邊100 m 范圍內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了走訪調(diào)查，未發(fā)現(xiàn)有地表裂縫、塌陷坑、噴沙冒水等現(xiàn)象，周邊農(nóng)田、水塘未發(fā)現(xiàn)水體渾濁形象。

對(duì)水庫(kù)上游和下游進(jìn)行走訪和調(diào)研，發(fā)現(xiàn)下游水體也有輕微的發(fā)白渾濁現(xiàn)象（圖3）。磨子潭水庫(kù)位于佛子嶺水庫(kù)的上游，主要由東河和黃尾河匯流形成。磨子潭水體顏色整體正常（圖4）。

圖3 佛子嶺水庫(kù)下游水體 Fig.3 Water bodies of downstream of Foziling Reservoir

圖4 磨子潭水庫(kù)水體Fig.4 Water bodies of Mozitan Reservoir

2.2 取水樣檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)水庫(kù)的水體進(jìn)行了調(diào)研，發(fā)現(xiàn)水體無(wú)明顯的異味，主要是壩體向上大范圍出現(xiàn)大范圍的水體發(fā)白、渾濁現(xiàn)場(chǎng)，5月25日和5月31日對(duì)不同區(qū)域的水體點(diǎn)進(jìn)行了取樣開展離子成分化驗(yàn)（圖5），8月24日在圖5中001號(hào)點(diǎn)的位置又進(jìn)行取樣。水樣采集后及時(shí)送至華東冶金地質(zhì)勘查局中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，HCO3-采用標(biāo)準(zhǔn)甲基橙指示劑滴定法，利用離子色譜發(fā)測(cè)定SO42-、Cl-、NO3-，它們的檢出限分別為0.1、0.04和0.1 mg/L。Ca2+、Mg2+、Na+、K+等離子含量采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定，其檢出限分別為5、5、10、16 和20 μg/L，陰陽(yáng)離子的誤差控制在10%以內(nèi)。

圖5 佛子嶺水庫(kù)取樣點(diǎn)位及取水口位置Fig.5 Sampling points and water intake location of Foziling Reservoir

3 水樣檢測(cè)結(jié)果分析

3.1 空間對(duì)比分析

研究表明Ca+、Na+、K+、Mg2+、HCO3-、SO42-、Cl-、NO3-等8 種離子在水庫(kù)廣泛存在，且含量最高，很大程度上決定了水體的水化學(xué)特征，通常巖溶水中Ca+、Mg2+、HCO3-離子主要來(lái)源于巖溶作用，形成巖溶水體的優(yōu)勢(shì)離子[8]。

本次對(duì)佛子嶺水庫(kù)的5個(gè)點(diǎn)位（圖5）在2021年5月25日和5月31日兩個(gè)時(shí)段取水樣進(jìn)行離子含量等相關(guān)參數(shù)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1 和圖6 所示。從2 次水樣的化驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比來(lái)看：①PH 值結(jié)果：5月25 日的取樣結(jié)果顯示佛子嶺水庫(kù)整體PH 值都在9 以上，整體偏堿性，5月31 日5個(gè)點(diǎn)的PH 值在8以下，在正常范圍內(nèi)，5 點(diǎn)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 日較好，5月31 日幾乎未檢出，這與PH 的結(jié)果是一致的。②水樣的陰陽(yáng)離子三角圖主要反映水庫(kù)主要成分的變化，在不同時(shí)段的5個(gè)點(diǎn)位的陽(yáng)離子中，Ca+離子所占的比重都是最高的，達(dá)到60%，Na+、K+、Mg2+離子都在20%以下；在陰離子中，HCO3-所占的比重最高，達(dá)到90%左右，SO42-、Cl-、NO3-都在20%以下（圖6），這說(shuō)明，佛子嶺水庫(kù)水化學(xué)類型是Ca-HCO3 型，這兩種離子的濃度與巖溶作用強(qiáng)度有密切的關(guān)系，顯示了碳酸鹽的溶蝕-沉淀過(guò)程對(duì)佛子嶺水庫(kù)水化學(xué)特征有控制作用。③研究表明，Cl是保守元素，在地表水循環(huán)中也相對(duì)穩(wěn)定，一般認(rèn)為Cl 主要來(lái)自海洋離子，但也會(huì)受到人類活動(dòng)的影響，海水中Cl-/Na+的比值為1.17[9]，如果受到大氣降雨的影響，Cl-/Na+應(yīng)該接近1.17，而佛子嶺水庫(kù)中Cl-/Na+的平均值為0.48，要遠(yuǎn)小于大氣降水和人類活動(dòng)來(lái)源的比值，這說(shuō)明佛子嶺水庫(kù)受到其它來(lái)源的Na+離子的干擾，在佛子嶺水庫(kù)的上游廣泛分布硅酸鹽巖石，其風(fēng)化過(guò)程中產(chǎn)生Na+離子，而不產(chǎn)生Cl-，從而影響水體中Cl-/Na+的比值。④其它參數(shù)，如總礦化度、總堿度、總硬度等參數(shù)變化大體一致（表1）。

表1 佛子嶺水庫(kù)不同時(shí)段5個(gè)點(diǎn)位水樣參數(shù)Table 1 Water sample parameters at 5 points in different periods of the Foziling Reservoir

圖6 佛子嶺水庫(kù)不同點(diǎn)位離子參數(shù)對(duì)比Fig.6 Comparison of ion parameters at different sites in Foziling Reservoir

3.2 時(shí)間對(duì)比分析

對(duì)點(diǎn)1 分別在5月25、5月31、8月24 日進(jìn)行了三次取水樣開展檢測(cè)，結(jié)果顯示：在不同時(shí)段離子含量檢測(cè)中，三個(gè)時(shí)段的離子對(duì)比發(fā)現(xiàn)，PH值正常時(shí)段的HCO3-含量是異常時(shí)段的3 倍多，異常時(shí)段的CO32-含量最高，其它時(shí)段未檢出，其它離子含量大致相當(dāng)，無(wú)明顯的異常（表2）。

表2 佛子嶺水庫(kù)點(diǎn)1不同時(shí)段離子參數(shù)對(duì)比Table 2 Comparison of ion parameters at different sites in Foziling Reservoir

Na-K-Mg 三角圖解被用來(lái)評(píng)價(jià)水-巖平衡狀態(tài)和區(qū)分不同類型的水樣。圖7 為2021年3個(gè)不同時(shí)段佛子嶺水庫(kù)的Na-K-Mg 三角圖，圖中曲線為礦物平衡飽和線，發(fā)現(xiàn)水樣的Na-K-Mg 離子含量均落在Mg 端元附近（圖7），說(shuō)明佛子嶺水庫(kù)的水為“未飽和水”，二者循環(huán)周期相對(duì)較快，水-巖反應(yīng)程度相對(duì)較低，水-巖之間尚未達(dá)到離子平衡狀態(tài)，溶解作用仍在進(jìn)行[10]。

圖7 水庫(kù)水Na-K-Mg三角圖Fig.7 Triangular diagrams of the Na-K-Mg

3.3 取水口不同深度PH對(duì)比

為進(jìn)一步動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)佛子嶺水庫(kù)數(shù)據(jù)的變化，霍山自來(lái)水廠自5月25 日開始每日在水庫(kù)大壩上游約1 km 的取水口（圖5 三角形）分別取4 m、9 m、13 m 的水樣進(jìn)行分析，檢驗(yàn)的結(jié)果顯示：水下4 m的PH 值自5月25 日開始都大于9，呈現(xiàn)堿性的變化，6月1-2 日，水庫(kù)放水后，PH 值回歸正常變化，溶解氧的含量無(wú)明顯的趨勢(shì)性變化（圖8a）；水下的9 m 的PH 值在8 附近波動(dòng)變化，溶解氧的變化也無(wú)明顯的突變（圖8b）；5月1 日至8月24日，取水口水深13 m 的PH 值變化較為穩(wěn)定，均在7～7.5 之間波動(dòng)變化，未出現(xiàn)PH 值大于8 的變化（圖8c）。因此，認(rèn)為佛子嶺水庫(kù)水體的異常來(lái)自地下的構(gòu)造活動(dòng)的可能性較小，不是地震前兆異常。

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

3.4 氣象因素影響

近年來(lái)由于氣候等原因，降雨集中且強(qiáng)度大，引起山洪、在庫(kù)區(qū)茂密的植被條件下，強(qiáng)大的地表徑流將大量的有機(jī)質(zhì)帶入水庫(kù)，可引起水體的營(yíng)養(yǎng)的積累[11]。本文收集了水庫(kù)地區(qū)的2017年以來(lái)的氣溫、氣壓及降雨數(shù)據(jù)（圖9），結(jié)果顯示：2017年以來(lái)，該區(qū)域的氣溫、氣壓、降雨量數(shù)據(jù)呈現(xiàn)正常的年變動(dòng)態(tài)（圖9a、b、c），未出現(xiàn)明顯的突變；2021年5月1至31的氣象三要素的變化也呈現(xiàn)正常的變化（圖9d、e），5月10-15 有明顯的降雨過(guò)程，與5月24 日水庫(kù)的的發(fā)渾發(fā)白現(xiàn)象存在較大的時(shí)間差（圖9f），分析認(rèn)為降雨引起該異常的可能性較小。

圖9 佛子嶺水庫(kù)區(qū)域氣象三要素的變化曲線Fig.9 Variation curve of three meteorological elements in Foziling Reservoir

3.5 區(qū)域地震活動(dòng)分析

佛子嶺水庫(kù)位于“霍山地震窗”范圍內(nèi)，該震情窗位于大別山隆起塊體與華北塊體接觸帶的北大別山沉降帶的南緣，是秦嶺—大別造山帶與郯廬斷裂帶的交匯部位，構(gòu)造較為特殊，在傳統(tǒng)的震情窗研究中，一般利用小震得活動(dòng)頻次來(lái)判定震情形勢(shì)，并以此為基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)震情窗與地震的關(guān)聯(lián)，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 級(jí)以上的地震的日頻次結(jié)果顯示：2021年5月24 日前，地震窗內(nèi)地震活動(dòng)未出現(xiàn)明顯的增強(qiáng)變化，水庫(kù)宏觀異常出現(xiàn)3個(gè)月后，區(qū)域地震活動(dòng)也未出現(xiàn)明顯的增強(qiáng)變化（圖10），因此可以認(rèn)為該異常為地震前兆的可能性很小。

圖10 霍山窗1.0級(jí)以上地震日頻次統(tǒng)計(jì)Fig.10 Statistics of daily frequency of earthquakes with M ≥1.0 at“Huoshan seismic Window”

4 認(rèn)識(shí)與討論

通過(guò)對(duì)安徽霍山佛子嶺水庫(kù)水體5.24 日出現(xiàn)的大面積的發(fā)白、發(fā)渾的宏觀異常，通過(guò)對(duì)水體開展水化學(xué)、氣象要素等的深入研究，總結(jié)異常核實(shí)和分析的過(guò)程，得到如下認(rèn)識(shí)：

（1）對(duì)于水庫(kù)大面積的水體宏觀異常，5月25日的檢測(cè)結(jié)果顯示，5個(gè)點(diǎn)的PH 值均大于9，呈現(xiàn)堿性。

（2）佛子嶺水庫(kù)5個(gè)點(diǎn)位不同時(shí)段的取樣檢測(cè)結(jié)果顯示：佛子嶺水庫(kù)水化學(xué)類型是Ca-HCO3 型，這兩種離子的濃度與巖溶作用強(qiáng)度有密切的關(guān)系，顯示了碳酸鹽的溶蝕-沉淀過(guò)程對(duì)佛子嶺水庫(kù)水化學(xué)特征有控制作用。兩個(gè)時(shí)段的離子含量中，除HCO3-的含量變化較大外，其它離子及參數(shù)大體相當(dāng)。

（3）通過(guò)對(duì)取水口不同深度水體的PH 值連續(xù)觀測(cè)顯示：5月1 日至8月24 日13 m 深的水體PH值在7～7.5 正常波動(dòng)變化；5月25 至6月2 日4 m 深的水體PH 值均大于9，水庫(kù)6月1 日開閘放水后，PH 下降到正常水平，認(rèn)為此宏觀異常來(lái)自地下深部的可能性不大。

（4）通過(guò)與氣象要素及區(qū)域地震活動(dòng)的對(duì)比分析，也排除了與宏觀異常的相關(guān)性。

綜上所述，認(rèn)為2021年5月24 日霍山佛子嶺水庫(kù)出現(xiàn)的大面積發(fā)白發(fā)渾的宏觀異常為地震前兆的可能性較小。