氫氧穩(wěn)定同位素在地下水異常核實中的應用

張　磊　劉耀煒　任宏微　郭麗爽

(中國地震局地殼應力研究所，地殼動力學重點實驗室，北京　100085)

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氫氧穩(wěn)定同位素在地下水異常核實中的應用

張磊劉耀煒*任宏微郭麗爽

(中國地震局地殼應力研究所，地殼動力學重點實驗室，北京100085)

在地震地下流體研究中，區(qū)別地下水是受淺層物質補給還是受深部介質活動的影響，是異常核實的主要任務。氫氧穩(wěn)定同位素技術能夠有效地識別地下水的來源與補給過程。文中概述了氫氧穩(wěn)定同位素方法在地下水異常核實應用中的基本原理、水樣采集和測試技術，列舉了應用氫氧穩(wěn)定同位素技術研究井水位升高和水質渾濁異?，F(xiàn)象的實例，就氫氧穩(wěn)定同位素用于核實地下水水位、水溫、化學組分和宏觀異常進行了簡要討論。該方法的廣泛使用，有助于識別地下水異常的構造與非構造影響因素。

氫氧穩(wěn)定同位素地下水異常異常核實水巖作用地下水混合作用

0　引言

盡管地震預測研究面臨著前兆異常信息獲取與分析方面的困難，但國內(nèi)外從未放棄對地震孕育過程中的前兆現(xiàn)象研究，其中對地下水物理、地下水化學以及地下氣體地震前的異常分析手段在不斷發(fā)展，并取得了顯著進展(Montgomeryetal.，2003；Kingetal.，2006；Woithetal.，2013；Shietal.，2014)。前人的觀測研究中，十分注重分析流體異常的來源問題，也就是說在淺地表觀測到的流體異常是淺層物質補給還是深部介質活動的結果(Rojstaczeretal.，1995)，這一判據(jù)是分析異常與地震孕育過程是否有密切關系的重要依據(jù)。

對于判定流體源的深、淺部補給源研究，主要涉及到物理和化學2種手段。物理方法手段，比如用數(shù)值方法分析大氣降水和地下水開采對井水位的影響(車用太等，1993；孫小龍等，2013)，通過GPS觀測揭示的區(qū)域應力狀態(tài)分析井水位異常與區(qū)域構造活動的關系(付虹等，2014)?；瘜W手段方面，涉及到水化學、同位素、地下水年齡(張國盟等，2015)等手段，能夠給出地下水性質的實際觀測值，定量地指示流體的來源和經(jīng)歷的地質過程。其中，氫氧穩(wěn)定同位素技術在確定地下水的成因與補給、水巖作用、地下水混合作用等方面具有優(yōu)勢(劉耀煒等，2009)。國內(nèi)外學者開展了一系列的氫氧穩(wěn)定同位素的地震前兆異常研究，如地震前后氫氧穩(wěn)定同位素的變化特征與機理研究(Claessonetal.，2004，2007；Chenetal.，2014)，活動斷裂帶地下水中的氫同位素可作為5級以上地震臨震預測的依據(jù)(趙永紅等，2011)，利用水化學和氫氧穩(wěn)定同位素識別水位和水溫異常(張磊等，2014；晏銳等，2015)。

為了系統(tǒng)地總結以往的經(jīng)驗與方法，本文概述了氫氧穩(wěn)定同位素研究方法的基本原理和異常分析的水樣采集與測試技術，使用氫氧穩(wěn)定同位素方法，對2014年8月3日魯?shù)?.5級地震科學考察中的漁洞井水位異常升高和陸家大龍?zhí)端|渾濁的異?，F(xiàn)象進行了分析，討論了氫氧穩(wěn)定同位素在核實地下水水位、水溫、水化學組分和宏觀異常中的關鍵技術，希望該方法能在地下流體前兆異常識別及震情判定中發(fā)揮更大作用。

1　基本原理

水文地質學領域中廣泛應用的氫氧穩(wěn)定同位素分析方法，主要是利用水樣氫氧穩(wěn)定同位素數(shù)據(jù)與大氣降水線之間的關系，研究地下水運動過程。氫氧穩(wěn)定同位素方法也被國內(nèi)外學者引進到地震監(jiān)測預測領域，通過觀測點地下水氫氧穩(wěn)定同位素的變化特征與影響因素，研究構造活動下的地下水補給與運移機制，進而分析地下水前兆異常的物理機制。

1.1大氣降水線

大氣降水是指最近參與過大氣循環(huán)的水，主要有雨、雪、冰川、汽、河水、溪水、湖水和大多數(shù)的低溫地下水(李學禮等，2010)。Craig(1961)利用大氣降水氫氧穩(wěn)定同位素數(shù)據(jù)定義了全球大氣降水線(GMWL)，具體方程式為δ2H=8δ18O+10‰，大氣降水的氫氧穩(wěn)定同位素組成沿著這條直線分布。

不同地區(qū)存在著不同的區(qū)域大氣降水線(LMWL)，前人的研究結果定義了中國不同地區(qū)的區(qū)域大氣降水線(鄭淑慧等，1983；李亞舉等，2011)。同時可通過國際原子能機構(IAEA)網(wǎng)站查找全球不同地區(qū)的降雨和河流的氫氧穩(wěn)定同位素數(shù)據(jù)作為比對分析。

1.2氫氧穩(wěn)定同位素演化特征

1.2.1淺層物質作用

淺層物質作用，通常為地下流體監(jiān)測中的環(huán)境干擾因素，比如大氣降水、地表水等。通過氫氧穩(wěn)定同位素能夠較好地識別出大氣降水和地表水與地下水之間的補給關系。淺層地下水的成因主要為大氣降水，表現(xiàn)出氫氧同位素組成靠近GMWL和LMWL。由于受到大氣降水補給來源的差別，不同地區(qū)和補給源的地下水在大氣降水線上的分布是有差別的。

井水受到周邊地表水(河水、湖泊水、水庫水等)的補給，二者的氫氧穩(wěn)定同位素組成更為接近。通過比對地下水與地表水的氫氧穩(wěn)定同位素組成，能判定出二者之間是否存在補給關系。圖1 給出了降水因同位素交換過程而發(fā)生的演化和分異，可了解地下水經(jīng)歷的各種過程。如干旱內(nèi)陸地區(qū)的地震觀測井水，受到蒸發(fā)作用影響，井水表面的地下水氫氧穩(wěn)定同位素向大氣降水線右上方的趨勢變化。通過定深取樣器，采集地下深處含水層的水樣，能夠有效地避免蒸發(fā)作用對分析結果的影響。

1.2.2深層地質作用

不同地質作用下地下水中的氫氧穩(wěn)定同位素組成是存在差異性的(圖1)，通過這種變化特征可以識別出地下水的地球化學過程(顧慰祖等，2011)。深層地質作用主要包括水巖作用和地下水混合作用等。

水巖作用。圖1(同位素交換的起點和坐標值為敘述方便而設定)顯示，大氣降水成因的地下水位于全球大氣降水線上，在高溫水巖作用的影響下，富集18O，發(fā)生氧漂移，這一過程多發(fā)生在地下熱水系統(tǒng)中(溫度>80℃)。水和二氧化碳間的同位素交換作用，結果是δ18O向左平移(李學禮等，2010)。

地下水混合作用。同位素組分差別的不同水體發(fā)生混合，導致同位素組成上的變化。圖2 給出了一些典型流體的氫氧同位素組成。根據(jù)質量平衡原理可以計算混合比例，可分為2端元混合和3端元混合，其中利用氫氧穩(wěn)定同位素進行2端元混合模型計算的公式如下：

(1)

(2)

式(1)、(2)中，δM為混合水的同位素含量，δA和δB為A和B端元水的同位素含量，fA和fB為混合水中A和B端元所占的比例(中國地質調查局，2012)。通過端元混合方法，可確定觀測井水受到不同水體補給的貢獻率，對進一步分析水位異常升高的補給來源提供了確認方法。

圖1　降水氫氧穩(wěn)定同位素組成演化示意圖(修改自顧慰祖等，2011)。Fig. 1　The evolution of the stable hydrogen and oxygen isotopes in precipitation(after Gu Wei￣zu et al.，2011).GMWL為全球大氣降水線

圖2　不同來源水的δ2H-δ18O圖(修改自Hoefs，2012)Fig. 2　Plot of δ2H vs δ18O of different origins water(after Hoefs，2012). SMOW代表標準平均海水

1.3構造活動與氫氧穩(wěn)定同位素變化

地震孕育與發(fā)生過程中，構造活動引起地下水與巖石之間的水巖作用增強，以及不同性質的地下水之間的混合作用(Thomas，1988；W?stebyetal.，2014)。這2種因素能引起地下水中氫氧穩(wěn)定同位素的變化，前人的研究對其作用機理有系統(tǒng)表述： 1)水巖作用，前震與同震過程中構造活動促使斷層開啟，增加了地下水與新出露礦物的接觸，使水巖反應能力增強，引起δ18O和δ2H值的變化，可通過W/R(水/巖)值進行計算；2)地下水混合作用，地震疏通裂隙，引起含水層間滲透性增強，致使不同地下水混合，引起地下水中δ18O和δ2H值發(fā)生變化(Thomas，1988；Claessonetal.，2007)。通過連續(xù)觀測地下水中的氫氧穩(wěn)定同位素，上述方法能有效地判定地下水異常是否受水巖作用或者地下水混合作用的影響，進而判定區(qū)域構造活動的情況(Claessonetal.，2004，2007)。

2　樣品采集與測試

2.1樣品采集

樣品采樣瓶宜采用高密度聚乙烯細頸瓶，螺紋蓋，蓋內(nèi)有襯墊，容量為50ml。采樣瓶按照清潔劑稀釋水溶液清洗、自來水沖洗、純水清洗3次、控干后擰緊瓶蓋的步驟進行采樣前的準備(中國地質調查局，2012)。采樣前用被采水樣清洗采樣瓶3次，每個水樣至少采集2瓶，作為平行樣品進行分析。采樣瓶裝滿水樣，瓶內(nèi)無氣泡，最后用封口膜封好瓶口。對于樣品，還需考慮到熱脹冷縮的作用，以免運輸過程中瓶子破裂。在蓋襯墊時候，注意不要讓手碰到襯墊與水樣接觸的部位，以免污染樣品。

在采樣點的布設上，根據(jù)地下水異常情況，結合區(qū)域水文地質，采集異常井(泉)水，同時采集周邊地表水(河流、湖泊、水庫、池塘等)、井(泉)水作為對比(張磊等，2014)。有條件的采集當?shù)卮髿饨邓?。對于自流井和泉水，直接在出漏口采集新鮮水樣；對于非自流井，可采用定深取樣器采集含水層處的新鮮水樣；采集地表水要避開滯水、排污口，避免采集表面水體和岸邊水樣(中國地質調查局，2012)。

2.2樣品測試

氫氧穩(wěn)定同位素的主要測試方法為質譜法和光譜法。質譜法測試儀器如MAT253，光譜法儀器如LGR或Picarro公司生產(chǎn)的水同位素分析儀等。測定結果以相對于維也納標準平均海水(VSMOW)的千分差表示。

地下水前兆異常核實工作中，要求1周內(nèi)完成異常核實報告，因此需要快速準確地提供氫氧穩(wěn)定同位素結果。光譜法測試儀器能夠滿足這一要求，能夠較快地給出測試結果，滿足地下水異常核實時間期限的要求。本文應用實例中氫氧同位素測試采用的儀器為Picarro公司生產(chǎn)的L2130-i型號極高精度液態(tài)水同位素分析儀，δ18O精度 <0.03‰，δ2H精度 <0.2‰。

3　應用實例

2014年魯?shù)?.5級地震之后，進行了地震現(xiàn)場科學考察，總結了震前地下水微、宏觀地震前兆現(xiàn)象(劉耀煒等，2015)。為了分析這些地下水異常機理以及是否與魯?shù)?.5級地震有關，采集了顯著異常點的地下水樣品，進行了氫氧穩(wěn)定同位素的分析，獲得了較好的應用效果。下面以井水位異常和泉水渾濁宏觀異常機理分析為例，闡述氫氧穩(wěn)定同位素分析方法。

3.1漁洞井水位異常

承壓含水層水位能夠有效地反映出地下介質應力應變的變化(Montgomeryetal.，2003)，被廣泛應用于地震前兆觀測中。由于受到觀測條件的限制，部分井水位觀測易受到大氣降水和地表水的影響。通常，地下水與補給源的補給關系處于相對平衡的狀態(tài)，但是在大氣降水增加、河流水位升高、水庫蓄水等情況下，大氣降水和地表水通過垂向滲流與徑流的側向補給等，會造成地震觀測井水位的升高現(xiàn)象，這種情況會直接影響我們通過井水位升高分析區(qū)域應力場作用的程度，因此實際的工作中有必要對這種水位升高現(xiàn)象進行干擾因素的分析。

以下列舉了對漁洞井水位異常的核實分析過程。漁洞井海拔1,914m，井深320.97m，套管深度290m，觀測含水層位于80～303.87m深度，位于昭通-魯?shù)閿嗔焉希瑤r性為三疊系細砂巖；地下水類型為基巖裂隙承壓水，該井距橫江約120m(圖3)。漁洞水位為數(shù)字化動水位觀測，2014年魯?shù)?.5級地震時，水位同步上升0.6m；8月6日增加泄流，水位下降；8月8日水位上升0.24m；8月23日再次增加泄流，整體上水位呈現(xiàn)持續(xù)上升的狀態(tài)(圖4)。為了解該井水位異常上升的原因，在對其進行異常核實與異常性質判定的過程中，主要考慮了2點影響因素，一是水位異常上升是否與距離觀測井較近的橫江補給有關，二是這種異常是否與魯?shù)?.5級地震有關。為了充分研究漁洞井水位與橫江之間的關系，于2014年8月29日采集了漁洞井水和橫江水進行氫氧穩(wěn)定同位素分析(表1)。

　圖3　漁洞井和陸家龍?zhí)段恢脠DFig. 3　Geographic location of Yudong Well and Lujialongtan.

圖4　漁洞井水位圖Fig. 4　Water level of Yudong Well.

表1　地下水樣品氫氧穩(wěn)定同位素結果

Table1　Stable oxygen and hydrogen isotopes data of the water samples

序號樣品名稱δ18O/‰δ2H/‰1漁洞井水-13.46-95.882橫江河水-11.94-83.173陸家大龍?zhí)?8月28日)-12.30-86.124陸家大龍?zhí)?8月31日)-12.66-87.615陸家大龍?zhí)?10月5日)-10.98-80.02

氫氧穩(wěn)定同位素結果顯示，漁洞井水和橫江水樣品靠近全球大氣降水線(圖5)，表明二者均為大氣降水成因；但是二者的氫氧同位素處在圖5 兩端，說明其補給成因存在一定的差別，井水和江水之間的補給關系不明顯。通常直觀上會認為橫江距離漁洞井較近，8月雨季橫江水位上漲，似乎這時段大氣降水會補給漁洞井水，形成井水位上升異常。然而通過氫氧穩(wěn)定同位素分析結果，魯?shù)榈卣鸷鬂O洞井水和橫江之間的水力聯(lián)系不明顯，因此通過同位素技術排除了震后漁洞井水位異常上升是受到橫江水位上漲影響的可能性。本文主要利用震后的氫氧穩(wěn)定同位素數(shù)據(jù)分析認為漁洞井水與橫江之間的水力聯(lián)系不明顯，但對于地震前和地震中兩者之間是否存在水力聯(lián)系，由于沒有觀測資料而無法給出明確結論。

3.2大龍?zhí)度暧^異常

魯?shù)榭h文屏鎮(zhèn)安閣村陸家大龍?zhí)?圖3)，面積約120m2，深6m多，距2014年8月3日魯?shù)?.5級地震震中約20km。 震前10多天，龍?zhí)度霈F(xiàn)渾濁宏觀異?，F(xiàn)象，呈現(xiàn)米湯色，震后水質逐漸恢復清澈；在8月17日永善地震前再次渾濁，渾濁現(xiàn)象持續(xù)到9月底，至10月5日考察時已恢復，水質清澈見底(劉耀煒等，2015)。筆者在魯?shù)?.5級地震考察期間，于2014年8月28日、8月31日和10月5日采集了3次水樣，其氫氧穩(wěn)定同位素結果見表1 和圖6。

圖5　漁洞井水和橫江氫氧穩(wěn)定同位素分布圖Fig. 5　Plot of δ18O vs. δ2H between Yudong Well and Hengjiang River.

圖6　魯?shù)?.5級地震后陸家大龍?zhí)稓溲醴€(wěn)定同位素變化Fig. 6　Stable oxygen and hydrogen isotopes change in Lujiadalongtan after the Ludian M6.5 earthquake.

龍?zhí)度畾溲醴€(wěn)定同位素結果分布在全球大氣降水線的兩側，魯?shù)榈卣鸷笕疁啙崞陂g，氫氧穩(wěn)定同位素值位于大氣降水線的左下側，在泉水恢復清澈后，氫氧穩(wěn)定同位素值位于全球大氣降水線的右上側(圖6)。從水渾濁到清澈的過程中，氫氧穩(wěn)定同位素值的變化趨勢為向右上方偏離全球大氣降水線；從圖1 的研究結果來看，泉水氫氧穩(wěn)定同位素的這種變化可能與CO2低溫交換和不同地下水混合的共同作用有關。首先，在地質構造上，陸家大龍?zhí)段挥谒拿姝h(huán)山的小盆地，有斷裂穿過，是長距離地下水運移的泄流區(qū)(劉耀煒等，2015)。魯?shù)?.5級地震的構造活動導致地下巖層的新鮮面暴露、地下巖層微裂隙的打開、地下含水層滲透性增強(Reddy，2011b；Xueetal.，2013)，不同性質的地下水進行了混合。其次，據(jù)魯?shù)?.5級地震科學考察結果，魯?shù)榈卣鹫鹬芯?00km內(nèi)，多處出現(xiàn)了斷層逸出CO2濃度異常升高的現(xiàn)象(劉耀煒等，2015)；而CO2易溶于水，地震破壞了地下水補給排泄平衡條件，打破了原有的地下水中二氧化碳的平衡狀態(tài)，引起地下水與CO2之間發(fā)生同位素交換反應，微觀上出現(xiàn)了氫氧穩(wěn)定同位素的變化。

4　討論

4.1水位異常判定

在實際工作中常會遇到地震觀測井水位異常上升的現(xiàn)象(機理可分為區(qū)域應力場作用導致含水層孔隙壓增加、地下水補給量增加和地下水開采量減少3類)，對含水層孔隙壓增加和地下水補給量增加這類異常，通常采取排除法來確定水位上升異常是否由已知淺層水源補給量增加造成的。第1步，根據(jù)觀測井水位異常上升的時間和上升幅度，結合區(qū)域水文地質構造，判定異常是否受淺部物質干擾，包括大氣降水增加、水庫蓄水、河流水位升高、觀測井周邊抽水灌溉等。第2步，在干擾因素的判定過程中，可采集觀測井水和淺部水樣進行氫氧同位素分析，結合其結果判定井水位異常是否與補給增加的影響因素有關。第3步，根據(jù)圖1，可了解地下水經(jīng)歷的同位素交換過程。在確認井水的補給關系后，可用端元混合模型計算水體的混合比例(Reddyetal.，2011a)，進一步確定觀測井水受到不同水體補給的貢獻率。如果排除了淺部地下水補給作用的可能因素，并計算出含水層參數(shù)與應力作用相關(劉序儼等，2009；Xueetal.，2013)，則可以認為這類井水位升高異常是區(qū)域應力作用的結果。

本文所例舉的氫氧穩(wěn)定同位素應用實例，只是涉及到了水位升高變化與地下水變色的宏觀異常分析，對于地震地下流體其他類型異常分析中的氫氧同位素應用實例，諸如水溫和水化學組分異常等，國內(nèi)外學者均有系列研究結果。

4.2水溫異常判定

氫氧穩(wěn)定同位素的變化特征能表明地下深部的熱流活動狀態(tài)。2008年汶川8.0級地震前后，觀測到了川西溫泉的震前溫度上升的異?，F(xiàn)象(晏銳等，2015)；從氫氧穩(wěn)定同位素的結果來看(圖7)，汶川8.0級地震后隨著時間的推移(2008年6月—2010年4月4次測量)，川西溫泉的氫氧穩(wěn)定同位素組成表現(xiàn)為由偏離大氣降水線到靠近大氣降水線的變化趨勢(Chenetal.，2014)；表明汶川地震增強了活動斷裂帶地區(qū)地下深部熱流活動，引起震前溫泉水溫升高(晏銳等，2015)，與圍巖的高溫交換作用引起18O漂移。

水溫異常出現(xiàn)時，在確認觀測儀器正常使用和觀測環(huán)境無干擾(如不存在井下電線漏電)等情況后，開展水中氫氧穩(wěn)定同位素的連續(xù)觀測，通過數(shù)據(jù)的δ18O和δ2H與大氣降水線的比對(圖1)，能夠了解到地下熱狀態(tài)的變化特征。觀測到的川西地表露頭溫泉溫度在汶川地震前后的變化在幾℃以內(nèi)，熱量通過熱對流從地下傳到地表(晏銳等，2015)，其在地下深處的溫度變化可能更大，因此出現(xiàn)比較明顯的氫氧穩(wěn)定同位素變化特征(圖7)，氫氧穩(wěn)定同位素方法適用于溫度變化較大的異常核實。但是對于絕對溫度變化量較小的異常，比如在1℃之內(nèi)，氫氧穩(wěn)定同位素的變化特征如何？這方面的應用研究還較少，需要今后開展更為仔細的研究工作。

4.3水化學組分異常判定

氫氧穩(wěn)定同位素變化可以表征地震前后地下水化學成分的運移過程。Claesson等(2004)發(fā)現(xiàn)地下水(1,500m深井)在5.8級地震前后主微量元素含量和氫氧穩(wěn)定同位素組成出現(xiàn)異常(圖8)，通過δ18O和δ2H對比圖發(fā)現(xiàn)地下水的這種變化與斷層封閉性的改變引起的地下水流動和水巖作用有一定的關系。應用氫氧同位素數(shù)據(jù)分析地震前后水化學成分的異常特征，能夠較好地識別地下水成分的改變與區(qū)域構造活動的關系(Claessonetal.，2004，2007；Skeltonetal.，2014)。

圖7　汶川地震后川西溫泉氫氧同位素變化(據(jù)Chen et al.，2014)Fig. 7　Stable oxygen and hydrogen isotopes change after the Wenchuan earthquake in western Sichuan(after Chen et al.，2014).箭頭表示震后氫氧同位素向大氣降水線恢復的趨勢

圖8　2002年冰島北部5.8級地震前后某深井地下水氫氧穩(wěn)定同位素隨時間的變化(據(jù)Claesson et al.，2004，2007)Fig. 8　Stable oxygen and hydrogen isotopes change before and after earthquake(after Claesson et al.，2004，2007).

近幾十年來，中國開展了大量的地下水中離子成分的日常監(jiān)測和地震預測研究，主要涉及到了Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-和F-等離子組分含量，在地震監(jiān)測預測中起到了一定的作用，但把氫氧穩(wěn)定同位素觀測作為日常監(jiān)測項目還未開展起來。在分析地下水組分異常時，一般是把工作重點放在檢查觀測儀器是否正?；驕y試結果是否準確上，缺乏使用氫氧同位素進行地下水來源的研究內(nèi)容，往往容易把環(huán)境干擾作為深部活動構造的信息。因此，開展觀測點地下水氫氧穩(wěn)定同位素的連續(xù)監(jiān)測或階段性分析，有助于正確判定離子含量異常的構造活動意義，排除異常變化的非構造因素。

4.4地下水宏觀異常判定

地下流體地震異常分為微觀異常和宏觀異常2類。微觀異常是指地下水的井水位或流量、水溫及水化學組分等物理和化學參量變化無法用人體感官直接識別，需要通過專用儀器連續(xù)觀測分析來獲取。而宏觀異常是指地下水在水巖劇烈作用和(或)地下水混合作用增強的情況下，導致顯著的水變色、變味、流量變化、冒泡、溫度變化等現(xiàn)象，通過人的感官能直接覺察到，表現(xiàn)出宏觀的異常特征(朱自強等，2002；劉耀煒等，2015)。前人報道了通過氣體含量和氣體同位素手段識別2008年汶川8.0級地震引起的河水冒泡的宏觀異常機制(Zhengetal.，2013)，對這類地下水的宏觀異常，說明其補給源上發(fā)生了變化，使得地下水中的物質成分發(fā)生了改變。通過觀測地下水中氫氧穩(wěn)定同位素組成隨時間的變化，可以分析地下水的補給源特征和構造作用程度，能合理解釋地下水宏觀現(xiàn)象產(chǎn)生的機理。

車用太等(2011)總結出判定地下水異常干擾性與前兆性的 “4個相關”基本原則，應該是異?，F(xiàn)場核實工作的重要方法，但形式相關分析方法還不能滿足我們對異常性質深層次的科學分析需要。筆者認為，除了干擾因素相關性分析外，需要通過地下水動力學的補-排水平衡模型、熱動力學的水-熱運移模型、以及化學動力學的氫氧穩(wěn)定同位素及氣體組分成因和水化學離子組分的水巖反應程度等分析過程，排除非構造影響因素，給出與構造活動有密切關系的前兆形成機理解釋，這也是今后地下流體異?，F(xiàn)場核實工作的發(fā)展趨勢。

5　結論

氫氧穩(wěn)定同位素方法采樣方便、測試簡單、測試周期較短，通過多次采集水樣能夠有效了解地下水循環(huán)和補給的變化，可廣泛應用于地震地下流體監(jiān)測中井水位、水溫、水化學組分和宏觀異常核實工作中。氫氧穩(wěn)定同位素方法有助于識別地下水異常的構造與非構造影響因素，是地下流體地震前兆異常識別及震情判定工作的重要手段。

致謝感謝云南省地震局谷一山、付虹、高文斐和昭通市防震減災局何德強在樣品采集過程中提供的幫助；感謝審稿人對本文提出的建設性意見。

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APPLICATION OF STABLE OXYGEN AND HYDROGEN ISOTOPES TO THE VERIFICATION OF GROUNDWATER ANOMALIES

ZHANG LeiLIU Yao-weiREN Hong-weiGUO Li-shuang

(KeyLaboratoryofCrustalDynamics，InstituteofCrustalDynamics，ChinaEarthquakeAdministration，Beijing100085，China)

Identifying the source of the observed fluid anomalies is a major tast in verifying the anomalies in seismic subsurface fluid research. The stable hydrogen and oxygen isotopes are proved to be effective to trace the underground fluid origin and its development. In this study，we summarized the basic principles，water sampling and testing techniques in recognizing the fluid anomalies by using the stable hydrogen and oxygen isotopes. We also enumerated the related applications in analyzing the sudden water level increase and the rapid shifting from limpid water to murky. The stable hydrogen and oxygen isotopes analysis can be used to verify the macroscopic underground fluid anomalies，such as subsurface water temperature，water level and chemical component changes，and the wide use of this method in seismic subsurface fluid research will be helpful to identify the tectonic or non-tectonic related influencing factors to the fluid anomalies.

stable oxygen and hydrogen isotopes，the groundwater anomaly，anomaly verification，water-rock interaction，mixing of groundwater

10.3969/j.issn.0253- 4967.2016.03.017

2015-08-17收稿，2016-06-02改回。

地震行業(yè)科研專項(201308006)、中國地震局“云南魯?shù)?.5級地震專題研究”項目、中國地震局震情跟蹤定向工作任務(2016010301)與中國地震局地殼應力研究所中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務專項(ZDJ2016-08)共同資助。

劉耀煒，研究員，電話： 010-62911045，E-mail: liuyw20080512@126.com。

P315.72+3

A

0253-4967(2016)03-0721-11

張磊，男，1987年生，2015年畢業(yè)于中國地震局地球物理研究所，獲固體地球物理學博士學位，主要研究方向為地下流體動力學與地震監(jiān)測預報技術，E-mial： lzhang87@163.com。