黑龍江省地震前兆地下流體觀測(cè)情況研究

摘 要：黑龍江省地下流體觀測(cè)網(wǎng)主要是觀測(cè)地下水的水位、水溫物理量的變化和地下水中氡、汞、氦等化學(xué)元素的變化為手段，利用這些變化因素，來(lái)判斷區(qū)域場(chǎng)的應(yīng)力活動(dòng)和構(gòu)造活動(dòng)，應(yīng)力場(chǎng)的活動(dòng)變化是地震前兆信息捕捉的關(guān)鍵因素。

關(guān)鍵詞：地下流體；水位；水溫；應(yīng)力場(chǎng)

前言

黑龍江省地下流體觀測(cè)網(wǎng)共有觀測(cè)臺(tái)站21個(gè)，分布在全省的21個(gè)市、縣、區(qū)。觀測(cè)項(xiàng)目主要為水位、水溫、氡、汞、氦。地下流體臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)項(xiàng)目包括數(shù)字化水位、數(shù)字化水溫、模擬水氡、數(shù)字化氣氡、數(shù)字化氣汞、數(shù)字化氦氣及輔助觀測(cè)項(xiàng)目數(shù)字化氣壓、氣溫、降雨量。地下流體臺(tái)網(wǎng)共有臺(tái)站21個(gè)，測(cè)項(xiàng)45個(gè)，其中水位測(cè)項(xiàng)臺(tái)站15個(gè)（動(dòng)水位2個(gè)、靜水位13個(gè)），水溫測(cè)項(xiàng)臺(tái)站17個(gè)，氡測(cè)項(xiàng)臺(tái)站8個(gè)（6個(gè)模擬水氡、2個(gè)數(shù)字化氣氡），汞測(cè)項(xiàng)臺(tái)站1個(gè)，氦測(cè)項(xiàng)臺(tái)站3個(gè)。流體觀測(cè)測(cè)點(diǎn)主要布設(shè)在我省內(nèi)的嫩江平原及其周邊區(qū)域。

1 地下流體觀測(cè)站基本情況

黑龍江省流體觀測(cè)點(diǎn)均建有觀測(cè)井房，觀測(cè)井在室內(nèi)，觀測(cè)井只做觀測(cè)用，安全可靠。供電線路單獨(dú)接入觀測(cè)室，觀測(cè)室采用220V大功率在線式UPS供電，只為觀測(cè)儀器和觀測(cè)系統(tǒng)供電，與生活用電分開(kāi)，互不干擾，UPS具有穩(wěn)壓作用，而且后備時(shí)間長(zhǎng)，停電后能保證觀測(cè)儀器長(zhǎng)時(shí)間不斷電。觀測(cè)點(diǎn)通訊采用光纖及寬帶兩種通訊方式，通訊電纜埋地，不受外界干擾，避免雨季雷電影響；觀測(cè)數(shù)據(jù)由臺(tái)站、臺(tái)網(wǎng)中心兩級(jí)存儲(chǔ)，直屬臺(tái)站存儲(chǔ)前兆原始數(shù)據(jù)，每周下載一次，省局前兆臺(tái)網(wǎng)中心存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)及預(yù)處理數(shù)據(jù)，省局臺(tái)網(wǎng)中心備有后備服務(wù)器，每天對(duì)主服務(wù)器的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次備份，節(jié)點(diǎn)有服務(wù)器的臺(tái)站，每周下載一次原始數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行一次全備份；節(jié)點(diǎn)臺(tái)站采用高性能、大容量服務(wù)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)。

2 水位觀測(cè)情況

黑龍江省地震局水位觀測(cè)項(xiàng)目共有15個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)，均為“十五”新建、改建項(xiàng)目，其中五大連池為“九五”改造建設(shè)的數(shù)字化觀測(cè)臺(tái)站，黑河、孫吳、鶴崗、綏化、綏化北林、通河、延壽、林甸為“十五”新建數(shù)字化觀測(cè)站點(diǎn)，甘南、泰來(lái)、富裕、嫩江、密山、肇東原來(lái)為模擬觀測(cè)，采用SW-40水位儀，經(jīng)“十五”數(shù)字化項(xiàng)目改造，全部更新為數(shù)字化。其中林甸、富裕為動(dòng)水位，林甸為自流井，富裕觀測(cè)井壓，其它均為靜水位。黑龍江省地下流體觀測(cè)網(wǎng)水位觀測(cè)站點(diǎn)全部為有人值守。地下流體數(shù)字化改造是在原有地下流體模擬觀測(cè)手段的基礎(chǔ)上，對(duì)模擬觀測(cè)進(jìn)一步改造，通過(guò)十五項(xiàng)目安裝設(shè)備，以觀測(cè)項(xiàng)目和硬件設(shè)備為基礎(chǔ)，利用成熟的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)完成數(shù)據(jù)的傳送，LN-3A儀器產(chǎn)出數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)規(guī)律清晰，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性：一階差分值的標(biāo)準(zhǔn)差不大于0.2，觀測(cè)精度，M2觀測(cè)精度不大于20%；可以看出數(shù)據(jù)的可信度是非常高的，但也存在著很多問(wèn)題不容忽視，水位儀基本上每個(gè)月基本存在缺數(shù)現(xiàn)象，儀器自身出現(xiàn)故障造成整點(diǎn)值缺數(shù)，然后還能自動(dòng)調(diào)節(jié)恢復(fù)；二是水位儀數(shù)據(jù)有突跳現(xiàn)象，由于單點(diǎn)突跳不能確定為異常，經(jīng)請(qǐng)教專(zhuān)家指點(diǎn)確認(rèn)與儀器和井內(nèi)部原因有關(guān)；三是受外界因素影響。分析原因大多是由于停電、UPS電源未能正常啟動(dòng)或者省局服務(wù)器故障有關(guān)。

3 地?zé)嵊^測(cè)概況

黑龍江省地震局流體觀測(cè)共有水溫觀測(cè)站18個(gè)，16個(gè)“十五”項(xiàng)目，其中黑河、孫吳、鶴崗、綏化、綏化北林、通河、延壽、林甸、甘南、泰來(lái)、富裕、嫩江、密山、肇東、五大連池、肇源為“十五”新建數(shù)字化觀測(cè)站點(diǎn)，一個(gè)升級(jí)改造項(xiàng)目，原為五大連池“九五”水溫觀測(cè)，該儀器運(yùn)行多年，嚴(yán)重老化，遭雷擊后無(wú)法修復(fù)，改造升級(jí)為“十五”觀測(cè)儀器，五大連池兩套水溫儀傳感器投放深度不同；一個(gè)是企業(yè)自建，大慶水溫觀測(cè)是油田自建項(xiàng)目，采用符合標(biāo)準(zhǔn)的入網(wǎng)儀器，并入黑龍江省流體水溫觀測(cè)網(wǎng)。黑龍江省流體水溫觀測(cè)站點(diǎn)全部為有人值守，觀測(cè)儀器統(tǒng)一采用SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)。通過(guò)對(duì)模擬觀測(cè)進(jìn)一步改造，十五項(xiàng)目安裝設(shè)備，以觀測(cè)項(xiàng)目和硬件設(shè)備為基礎(chǔ)，利用成熟的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)完成數(shù)據(jù)的傳送，2007年6月SZW-1A型數(shù)字式溫度計(jì)正式運(yùn)行。SZW-1A型儀器產(chǎn)出數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)規(guī)律清晰，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，水溫儀探頭安裝深度105米，動(dòng)態(tài)規(guī)律清晰，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性一階差分值的標(biāo)準(zhǔn)差小于0.02，內(nèi)在質(zhì)量一階差分序列超過(guò)3倍均方差的百分比小于1%。

4 氡觀測(cè)概況

黑龍江省地震局流體觀測(cè)網(wǎng)共有氡觀測(cè)站點(diǎn)8個(gè)，其中模擬水氡觀測(cè)站點(diǎn)6個(gè)，觀測(cè)儀器為FD-105K；數(shù)字化觀測(cè)站點(diǎn)2個(gè)，觀測(cè)儀器為“十五”期間安裝的SD-3A數(shù)字化氣氡儀。五大連池、望奎為數(shù)字化氣氡觀測(cè)臺(tái)站，牡丹江、綏化、賓縣、肇東、雞東、望奎為模擬水氡觀測(cè)臺(tái)站，望奎、雞東為觀測(cè)泉，其它為觀測(cè)井。

5 汞觀測(cè)概況

黑龍江省地震局流體觀測(cè)共有汞觀測(cè)站1個(gè)，為氣汞觀測(cè)，五大連池觀測(cè)站是“十五”觀測(cè)項(xiàng)目，觀測(cè)儀器采用RG-BQZ型智能數(shù)字測(cè)汞儀。五大連池RG-BQZ數(shù)字測(cè)汞儀于2007年1月架設(shè)，2007年5月觀測(cè)數(shù)據(jù)正式入庫(kù)，儀器運(yùn)行狀態(tài)良好，工作穩(wěn)定，受儀器生產(chǎn)廠家委托，經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，儀器由黑龍江局自主架設(shè)，儀器安裝完畢工作正常。由于UPS電源出現(xiàn)故障，無(wú)法正常供電，導(dǎo)致儀器無(wú)法正常工作，儀器出現(xiàn)內(nèi)部故障，經(jīng)臺(tái)站檢修無(wú)法恢復(fù)正常工作，2010年8月17日返廠維修，9月13日儀器返回，安裝后正常工作。由于沒(méi)有標(biāo)定設(shè)備，五大連池氣汞未進(jìn)行標(biāo)定。

6 改進(jìn)建議和措施

黑龍江省地震局地下流體學(xué)科臺(tái)網(wǎng)布局不合理，東部和南部地區(qū)流體觀測(cè)項(xiàng)目較少，尤其是化學(xué)測(cè)項(xiàng)，東部和南部就更少；地下水開(kāi)采將是流體學(xué)科的主要影響因素，尤其深層地下水開(kāi)采對(duì)流體觀測(cè)的影響亦越來(lái)越明顯，目前黑龍江省受地下水開(kāi)采影響的臺(tái)站還很少，觀測(cè)環(huán)境達(dá)到優(yōu)秀的臺(tái)站很多；模擬觀測(cè)儀器存在服役時(shí)間長(zhǎng)、老化、無(wú)配件等問(wèn)題；數(shù)字化觀測(cè)儀器故障率較高，儀器維修周期過(guò)長(zhǎng)，數(shù)據(jù)質(zhì)量及資料應(yīng)用一般。在黑龍江東部和南部地區(qū)適當(dāng)增加流體觀測(cè)項(xiàng)目。在模擬觀測(cè)儀器運(yùn)行的觀測(cè)站適當(dāng)更新相應(yīng)測(cè)項(xiàng)數(shù)字化觀測(cè)儀器。“十五”項(xiàng)目運(yùn)行中的部分?jǐn)?shù)字化觀測(cè)儀器，例如LN-3A水位儀故障較多，建議補(bǔ)充備用設(shè)備或者進(jìn)行更新。

7 地下流體觀測(cè)的意義

通過(guò)對(duì)地下流體的物理及化學(xué)量變化的觀測(cè)與研究，分析其與地殼應(yīng)力場(chǎng)變化引起含水層的孔隙壓力發(fā)生變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系。無(wú)論是哪種類(lèi)型的力學(xué)作用如構(gòu)造應(yīng)力、引潮力和大氣壓等，都可能會(huì)造成含水層介質(zhì)的應(yīng)變，從而引起所觀測(cè)的地下流體的變化。影響地下流體變化的因素包含了構(gòu)造應(yīng)力及非構(gòu)造應(yīng)力等影響因素，非構(gòu)造應(yīng)力因素經(jīng)過(guò)理論值與觀測(cè)數(shù)據(jù)的推算扣除，而剩余的構(gòu)造應(yīng)力因素是造成巖石體積的應(yīng)變的主要原因，從而使井口孔隙水壓發(fā)生變化，進(jìn)而反映在含水層地下水的變動(dòng)。所以去除非構(gòu)造因素對(duì)井水位觀測(cè)的影響，對(duì)于正確識(shí)別由于構(gòu)造因素造成的水位變化異常具有及其重要意義，震前的一個(gè)長(zhǎng)期地應(yīng)力積累過(guò)程，地震短臨時(shí)地應(yīng)力會(huì)發(fā)生明顯的異常，因此地震預(yù)報(bào)應(yīng)著重從力學(xué)機(jī)理分析水位的動(dòng)態(tài)變化，從而捕捉與地震前兆有關(guān)的信息[2]。

參考文獻(xiàn)

[1]劉耀煒，范世宏，曹玲玲.地下流體中短期異常與地震活動(dòng)性指標(biāo)[J].地震，1999，19（1）：19-25.

[2]石偉，劉愛(ài)華，張立忱，等.多元線性回歸在密山井水位影響因素分析的應(yīng)用[J].應(yīng)用科技，2004，1：294.

作者簡(jiǎn)介：張?zhí)炖祝?981，6-），男，碩士研究生，工程師，黑龍江省地震局，主要從事地下流體研究工作。