榮成魯32井水溫動(dòng)態(tài)變化及異常分析

崔居全，杜桂林，荊 強(qiáng)，徐芳芳，朱音杰，鞠述曄，畢可戰(zhàn)，孟祥剛

(1.榮成地震臺(tái)，山東 榮成 264500；2.威海市地震局，山東 威海 264200；3.威海中威地震工程有限公司，山東 威海 264200)

榮成魯32井水溫動(dòng)態(tài)變化及異常分析

崔居全1，杜桂林2，荊 強(qiáng)1，徐芳芳1，朱音杰1，鞠述曄3，畢可戰(zhàn)3，孟祥剛3

(1.榮成地震臺(tái)，山東 榮成 264500；2.威海市地震局，山東 威海 264200；
3.威海中威地震工程有限公司，山東 威海 264200)

總結(jié)了魯32井水溫正常動(dòng)態(tài)特征以及自然環(huán)境干擾形態(tài)特征，探究魯32井水溫異常變化特征，通過對(duì)該井周圍500 km范圍內(nèi)中等地震及遠(yuǎn)場(chǎng)大震發(fā)生時(shí)間、空間與水溫異常時(shí)段對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者對(duì)應(yīng)關(guān)系良好，綜合分析已有數(shù)據(jù)資料認(rèn)為，魯32井水溫存在附加地?zé)釄?chǎng)異常變化的構(gòu)造條件，可作為近場(chǎng)中等地震前兆異常和遠(yuǎn)場(chǎng)大震前兆異常中短期判別指標(biāo)之一。

水溫異常；地震；附加地?zé)釄?chǎng)；魯32井

0 引言

地下流體研究工作是地震預(yù)報(bào)分析的一項(xiàng)重要內(nèi)容[1-2]，車用太等[3-4]總結(jié)了中強(qiáng)地震前地下水位的變化特征，建立一種中強(qiáng)地震的預(yù)報(bào)方法。高小其等[5]提取了新疆及鄰近地區(qū)7組7級(jí)以上地震的地下流體前兆異常特征，總結(jié)和歸納了該地區(qū)大震的判定指標(biāo)。而地下水水溫動(dòng)態(tài)變化是地下水動(dòng)態(tài)變化的一個(gè)重要方面，也反映了地殼內(nèi)部應(yīng)力變化的特征，但是，“判定地下水水溫動(dòng)態(tài)變化是否由構(gòu)造活動(dòng)引起”對(duì)于地震預(yù)報(bào)分析工作非常重要[6-8]。

魯32井水溫自2007年6月正式觀測(cè)以來共出現(xiàn)4次數(shù)據(jù)波動(dòng)，其中第3次波動(dòng)期間近場(chǎng)(≤500 km)發(fā)生了3次M4.0級(jí)以上地震，第4次波動(dòng)近場(chǎng)發(fā)生了1次ML5.3級(jí)地震，遠(yuǎn)場(chǎng)(≥1 000 km)發(fā)生了日本MS9.0級(jí)地震及其前震和強(qiáng)余震。該井距離近場(chǎng)地震500 km內(nèi)，處于相關(guān)構(gòu)造帶，距離遠(yuǎn)場(chǎng)地震1 800 km，屬于山東最靠近遠(yuǎn)場(chǎng)震中的觀測(cè)井，本文對(duì)水溫異常變化進(jìn)行了分析，探討了水溫異常變化與上述地震的關(guān)系。

1 觀測(cè)井及觀測(cè)資料簡(jiǎn)介

1.1 觀測(cè)井情況

魯32井位于山東省最東端的榮成市成山鎮(zhèn)松埠嘴村，位置處于蓬萊-威海斷裂帶的東端，陸地上最近的斷裂為海西頭-俚島斷裂(圖1)。觀測(cè)含水層為花崗巖裂隙水，井孔現(xiàn)有深度94 m。該井自2007年6月正式采用SZW-1A型數(shù)字水溫儀進(jìn)行水溫觀測(cè)，探頭投放深度為89.75 m ，采用LN-3A數(shù)字水位儀進(jìn)行數(shù)字化水位觀測(cè)，探頭投放深度為7.111 m 。

圖1 榮成魯32井構(gòu)造位置圖(修改自晁洪太等[8]、葛孚剛等[9])

1.2 觀測(cè)資料簡(jiǎn)介

投測(cè)以來該井水溫測(cè)值就顯示趨勢(shì)性穩(wěn)定上升變化(圖2)，水溫日變顯示為隨機(jī)起伏型(圖3)。依據(jù)2010年中國(guó)地震局地下流體學(xué)科技術(shù)協(xié)調(diào)組制定的評(píng)估原則[5]，魯32井具有5年以上連續(xù)資料，周圍環(huán)境對(duì)觀測(cè)資料變化無明顯影響，且有震例可以驗(yàn)證，屬于觀測(cè)資料較好的觀測(cè)井。

a 2007年3月25日—2011年12月31日水溫整點(diǎn)值曲線圖

b 2008年1月26—28日水溫整點(diǎn)值曲線圖

2 水溫動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)分析

自2007年6月魯32井水溫儀正式投入運(yùn)行至2011年12月期間水溫儀觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示出現(xiàn)了4次波動(dòng)(圖3)。

圖3 2007年6月1日-2011年12月31日魯32井水溫與降水量整點(diǎn)值對(duì)比曲線圖

2.1 第1、第2處數(shù)據(jù)波動(dòng)分析

在第1、2次數(shù)據(jù)波動(dòng)期間全球發(fā)生90多次6級(jí)以上地震，其中包括5.12汶川地震，均未發(fā)現(xiàn)明顯地震異常，同時(shí)段臺(tái)站周圍(500 km范圍內(nèi))無大于ML4.0級(jí)地震發(fā)生。

這2個(gè)時(shí)段恰好處在雨季，降雨量較大(表1)，而且經(jīng)實(shí)際檢查發(fā)現(xiàn)該時(shí)段內(nèi)除了降雨影響因素外，并未發(fā)現(xiàn)其他干擾因素。從水溫與降水量的對(duì)比曲線來看(圖4)，這2處水溫?cái)?shù)據(jù)波動(dòng)主要是由于降水原因造成的。

2.2 第3、第4處數(shù)據(jù)波動(dòng)分析

第3次波動(dòng)時(shí)間為2009年12月中旬—2010年4月2日，第4次波動(dòng)時(shí)間為2010年12月24日—2011年3月12日，上述時(shí)間不屬于雨季，經(jīng)查水位和降雨量曲線無明顯變化。水溫?cái)?shù)據(jù)的上升與突降變化，與降雨量和靜水位變化不一致(圖5)。

表1 降雨量統(tǒng)計(jì)表

圖4 2007年6月—2008年11月魯32井水溫與降雨量對(duì)比曲線圖

圖5 魯32井靜水位與水溫對(duì)比觀測(cè)曲線圖

為查明是否為儀器故障所致，使用同類型水溫儀進(jìn)行同井對(duì)比觀測(cè)，2011年2月8日-3月19日對(duì)比觀測(cè)期間，2臺(tái)水溫儀產(chǎn)出的數(shù)據(jù)基本一致(圖6)。對(duì)比觀測(cè)結(jié)果表明，儀器系統(tǒng)無問題，可排除儀器故障問題，但異常變化是客觀存在的。

圖6 魯32井水溫對(duì)比觀測(cè)曲線圖

2.2.1 異常原因分析

地殼流體是反映地殼應(yīng)力與變形關(guān)系最敏感的介質(zhì)。在地震孕育過程中，當(dāng)隨著應(yīng)力的增強(qiáng)影響到含水層時(shí)，含水層發(fā)生變形并改變水流狀態(tài)，從而引起地下流體發(fā)生變化，如水位、水溫、水氡等。地下水溫的變化在某種程度上是構(gòu)造應(yīng)力作用的客觀反映[7]。同時(shí)地震的孕育、發(fā)生和調(diào)整過程，由于應(yīng)力場(chǎng)作用，產(chǎn)生附加地?zé)釄?chǎng)，水溫基值發(fā)生變化，周期畸變或消失，這種附加地?zé)釀?dòng)態(tài)是可以恢復(fù)的。

中國(guó)大陸地殼運(yùn)動(dòng)狀態(tài)示意圖顯示榮成魯32井水溫觀測(cè)井所處地質(zhì)體受歐亞板塊北西西方向壓應(yīng)力和太平洋板塊向西擠壓共同作用[9]。應(yīng)力應(yīng)變的不斷積累將會(huì)通過地震釋放，地震的發(fā)生又與地質(zhì)構(gòu)造帶密切相關(guān)，因此對(duì)于魯32井水溫異常分析應(yīng)從近場(chǎng)構(gòu)造與遠(yuǎn)場(chǎng)大震影響2個(gè)方面探究原因。

2.2.2 區(qū)域及近場(chǎng)地震構(gòu)造分析

區(qū)域內(nèi)主要受沂沭斷裂帶、蓬萊—威海斷裂帶、牟平—即墨斷裂帶、千里巖斷裂、北黃海坳陷盆地、南黃海凹陷盆地和海西頭-俚島斷裂的影響[9-11]。

從空間位置上看，距離魯32井均在500 km范圍內(nèi)，從構(gòu)造上分析，觀測(cè)井所處蓬萊—威海構(gòu)造帶末端，板塊運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的區(qū)域北西西向擠壓應(yīng)力和渤海上地幔隆起及其產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力聯(lián)合作用，控制著渤海及周圍地區(qū)的斷裂和地震活動(dòng)。

在第3處、4處水溫異常變化期間，在燕渤帶及井周圍500 km范圍內(nèi)分別發(fā)生了4次ML≥4.5級(jí)地震(表2、圖7)，而其他時(shí)段沒有本級(jí)別以上地震發(fā)生的情況。

表2 ML≥4.5級(jí)地震參數(shù)表

圖7 魯32井水溫觀測(cè)日均值曲線與地震標(biāo)注圖

綜上所述，在魯32井水溫第3處波動(dòng)期間和第4處水溫大幅度上升時(shí)段，構(gòu)造區(qū)域500 km范圍內(nèi)發(fā)生地震的強(qiáng)度和頻度明顯高于井水溫正常動(dòng)態(tài)時(shí)段，而該井所處特殊構(gòu)造部位，其應(yīng)力變化應(yīng)能客觀反映構(gòu)造地震的發(fā)生信息，作為地震前兆異常判別指標(biāo)具有一定可信度，但異常持續(xù)時(shí)間、異常幅度與地震空間位置和震級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

2.2.3 遠(yuǎn)場(chǎng)大震影響

該井水溫異常變化還存在遠(yuǎn)場(chǎng)大震影響，日本2011年3月大地震產(chǎn)生的附加地?zé)釄?chǎng)就導(dǎo)致該井出現(xiàn)地震前兆、同震效應(yīng)、震后調(diào)整與恢復(fù)穩(wěn)定變化的過程(圖8)。

圖8 日本地震附加地?zé)釄?chǎng)變化情況及地震時(shí)段曲線變化情況圖

這次大地震位于日本海溝西側(cè)的日本東海岸，是由于太平洋板塊沿日本海溝向西俯沖歐亞板塊，致使歐亞板塊向東反彈逆沖所致，地震發(fā)生的日本海槽大致走向南北向，斷層西傾，傾角很緩約15°～20°。根據(jù)地震規(guī)模估算，斷層破裂可能約500 km。經(jīng)研究地震是由長(zhǎng)約500 km、寬約200 km的巨大斷層出現(xiàn)最大20 m的位移而引發(fā)， 膠東半島在此地震下所引發(fā)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，直接表現(xiàn)在魯32井水溫變化上的有同震階變和震后恢復(fù)，此外，水溫第4處波動(dòng)是否能作為日本遠(yuǎn)場(chǎng)大震的地震前兆異常有待進(jìn)一步研究。

除2011年3月11日日本9.0級(jí)地震及其前震強(qiáng)余震與魯32井水溫密切相關(guān)外，在第3處水溫異常變化時(shí)段內(nèi)還發(fā)生了智利8.8級(jí)地震，其它地震的發(fā)生時(shí)刻井水溫?zé)o明顯幅度變化，包括5·12汶川地震在內(nèi)(圖9)。

圖9 水溫整點(diǎn)值曲線(全球8.0級(jí)以上地震標(biāo)注)

3 結(jié)論與討論

(1)經(jīng)多次查證此井周圍無明顯人為干擾，與同型號(hào)儀器對(duì)比觀測(cè)結(jié)果一致，說明該井的觀測(cè)系統(tǒng)沒有問題，且反應(yīng)靈敏，可以記到異常變化。

(2)經(jīng)與水位、降水量對(duì)比分析，該井水溫4處波動(dòng)異常中，前2處為自然環(huán)境變化導(dǎo)致，后2處則為異常變化。

(3)魯32井位于蓬萊-威海斷裂帶末端，鄰近北黃海坳陷、南黃海坳陷和沂沭帶及其分支構(gòu)造，構(gòu)造應(yīng)力變化能傳遞到水溫變化上來，故一定程度上反映了構(gòu)造變動(dòng)和地震發(fā)生的信息，水溫異常時(shí)段，構(gòu)造區(qū)域500 km范圍內(nèi)發(fā)生地震的強(qiáng)度和頻度明顯高于觀測(cè)井水溫正常動(dòng)態(tài)時(shí)段，作為地震前兆異常判別指標(biāo)具有一定可信度，但異常持續(xù)時(shí)間、異常幅度與地震空間位置和震級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

(4)井水溫異常變化存在遠(yuǎn)大震影響，特別是日本2011年3月11日大地震產(chǎn)生的附加地?zé)釄?chǎng)導(dǎo)致該井出現(xiàn)地震前兆、同震效應(yīng)、震后調(diào)整與恢復(fù)穩(wěn)定變化過程，從板塊運(yùn)動(dòng)和應(yīng)力集中角度也能證明其影響機(jī)理成立。智利2010年2月27日大地震發(fā)生在南半球距離較遠(yuǎn)，震時(shí)未見水溫同震階變和水震波現(xiàn)象，雖然發(fā)生在水溫異常波動(dòng)期間，但不能確定為遠(yuǎn)大震影響該井的證據(jù)。

[1]周翠英,耿杰,王梅,等.山東地區(qū)地震分析預(yù)報(bào)手冊(cè)[M].濟(jì)南:山東科學(xué)技術(shù)出版社，2010.

[2]張國(guó)民，傅征祥，桂燮泰.地震預(yù)報(bào)引論[M].北京：科學(xué)出版社， 2001.

[3]車用太,魚金子.中國(guó)大陸東部地區(qū)中強(qiáng)震水位異常的統(tǒng)計(jì)特征[J].地震地質(zhì)， 1992， 14(1) :235-293.

[4]車用太，劉五洲，魚金子．地殼流體與地震活動(dòng)關(guān)系及其在強(qiáng)震預(yù)測(cè)中的意義[J]．地震地質(zhì)，1998，20(4)：431．

[5]高小其，王瓊，朱成英，等. 7級(jí)地震前地下流體前兆異常特征及判定指標(biāo)的研究[J].內(nèi)陸地震，2012， 26(2):123-137.

[6]陳亮， 付虹，鄒金明.水文地質(zhì)分析方法在建水區(qū)域地下水宏觀異常分析中的應(yīng)用[J].地震研究， 2010，33(2) :176-182.

[7]丁留偉，鄧志輝，陳梅花，等. 地下巖體應(yīng)力場(chǎng)—滲流場(chǎng)—熱場(chǎng)三場(chǎng)耦合作用的數(shù)值模擬研究初探[J].華南地震，2013，33(2):14-26.

[8]張子廣，盛艷蕊，馬利軍，等. 赤城井水溫趨勢(shì)轉(zhuǎn)折上升原因分析[J].華北地震科學(xué)，2014，33(2):50-54.

[9]晁洪太，王琦，李家靈，等．山東省地震構(gòu)造圖、山東省新構(gòu)造圖及說明書(1：100萬) [M]．濟(jì)南：山東省地圖出版社，1997.

[10]周本剛, 冉勇康, 環(huán)文林,等．山東海陽(yáng)斷裂東石蘭溝段晚更新世以來地表斷錯(cuò)特征與最大潛在地震估計(jì)[J]．地震地質(zhì)，2002， 24 (2)：159-166．

[11]王志才,鄧起東,晁洪太,等.山東半島北部近海海域北西向蓬萊—威海斷裂帶的聲波探測(cè)[J]．地球物理學(xué)報(bào)， 2006， 49(4)：1092-1101.

Water Temperature Dynamic Changes and Anormaly Analysis in Rongcheng Lu-32 Well

CUI Ju-quan1, DU Gui-lin2, JIN Qiang1, XU Fang-fang1, ZHU Yin-jie1,

JU Shu-ye3, BI Ke-zhan1, MENG Xiang-gang1

(1. Rongcheng Seismic Staion, Shandong Rongcheng 264500, China;
2. Earthquake Administration of Weihai, Shandong Weihai 264200, China;
3. Weihai Zhongwei Earthquake Engineering Co., Ltd., ShandongWeihai 264200, China)

Normal dynamic characteristics and natural environment interference characteristics of the water temperature in Lu-32 well are summary in this paper. To explore well water temperature anomaly variation characteristics, medium earthquake within the range of 500km from the well and far field great earthquakes are contrasted including their occurring time, space and water temperature anomalies, and it is found that there are good corresponding relations. Comprehensive analysis of existing data shows that there are additional tectonic conditions of temperature geothermal field changes of the well temperature, which can be used as one of discriminant index for precursory anomaly of near-field medium earthquakes and medium-short-term precursory anomaly of far-field great earthquakes.

water temperature anomalies; earthquake; additional geothermal field; Lu-32 well

10.3969/j.issn.1003-1375.2014.04.007

2014-09-16

山東省地震局合同制科研項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：12Q07)

崔居全(1977—)男，工程師，主要從事地震監(jiān)測(cè)與臺(tái)站管理工作.E-mail：duguilin2100@163.com.

P315.723

A

1003-1375(2014)04-0034-05