天山地區(qū)地下流體映震靈敏點 水文地球化學特征

高小其劉耀煒蔣雨函

1）中國北京100085 應急管理部國家自然災害防治研究院

2）中國北京100085 中國地震局地殼動力學重點實驗室

天山地區(qū)地震地下流體監(jiān)測，在地質構造上以監(jiān)視天山山前地震斷裂帶及山前拗陷帶的活動為主，側重選擇那些構造條件、熱力條件、物質條件和地下水運移動條件相對靈敏的不穩(wěn)定點，以上升泉、石油深井、深層斷裂水和泥火山泉等為主要觀測對象，觀測項目因井、泉具體條件而定，注意綜合對比觀測。天山地區(qū)的氣候、地形、交通、經濟等條件比較利于開展地球物理觀測，地震地下流體觀測點具有干擾因素少、映震性能好等優(yōu)點，且該區(qū)地震頻度高、震級大、范圍廣，由此成為一個進行地震科研與總結的天然實驗場。因此，對天山地震地區(qū)地下流體觀測點水文地球化學背景開展測試和分析，研究其地下水的補給來源、水巖作用、循環(huán)與演化等水文地球化學環(huán)境特征，將為分析地震地下流體異常提供重要的基礎信息，可為未來該區(qū)震情跟蹤及臺網布設等提供理論依據(jù)與技術支撐。

依據(jù)天山地區(qū)多年的離子、氣體和同位素測試結果，結合2015 年度預報評估分級情況，統(tǒng)計得到該區(qū)預報評估為A 類和B 類的10 個地下流體映震靈敏觀測點（新04 泉、新04 井、新05 井、新09 泉、新10 泉、新10 井、新21 井、新25 泉、新26 泉、新33 井），總結其井泉類型或特點，分析井泉地下水的水化學類型、水—巖化學平衡特征、地下水熱儲溫度和水文地球化學環(huán)境等，可知天山地區(qū)映震靈敏點主要具有如下地球化學特征。

（1）監(jiān)測泉主要為上升泉，2 000 m 以上深井可監(jiān)測到周圍地區(qū)7 級地震前井水噴涌現(xiàn)象，可見監(jiān)測井最好為深井。

（2）水化學類型：按照舒卡列夫分類方法，根據(jù)地下水中7 種主要離子（一般計算時將K+和Na+合并）的相對含量進行組合和分類。部分測點水質類型相近，主要為CO3—HCO3—Na、CO3—HCO3—CL—Na、HCO3—SO4 —CL—Na、SO4—HCO3—Na 和CL—Na 等，這與監(jiān)測點所在地區(qū)的水文、地質等條件密切相關。

（3）水—巖化學平衡特征：水巖作用是地球化學動力學中基本且重要的研究內容，而在地質—地球化學過程中，水或水溶液與礦物、巖石間的化學反應顯得尤為重要。多數(shù)井、泉水礦化度在1.0 g/L 以上；水—巖化學平衡狀態(tài)主要為“部分平衡水”，水—巖反應較為充分，地下水中存在部分或大部分深層水的混入，循環(huán)深度較大。

（4）地下水熱儲溫度與循環(huán)深度：熱儲溫度是劃分地下熱水系統(tǒng)成因類型不可缺少的重要參數(shù)，地球化學溫標是估算這一參數(shù)的有效方法。多數(shù)井、泉水熱儲溫度范圍在57 ℃—191 ℃，循環(huán)深度大致在2—6 km，說明多數(shù)地下流體測點可能均有深層水不同程度的混入，地下水循環(huán)深度較大，徑流路徑較長。

（5）水文地球化學環(huán)境：水文地球化學特征的形成與水熱條件、地形地貌、土壤植被等一系列因素密切相關。所研究的井、泉水pH 值在7.25—9.29，以偏弱堿性為主；氧化還原電位Eh 多在+145— +224 之間；井、泉水一般富含H2S、CH4、He、H2、CO2等氣體，多屬還原或半還原環(huán)境。

綜上所述，上述測點由于前期勘選符合規(guī)范，開展觀測的地下水混合、水—巖反應程度及水文地球化學環(huán)境適中，加上監(jiān)測點管理較好，監(jiān)測數(shù)據(jù)內在質量和連續(xù)率高。因此，這類測點相對比較容易獲取地震各階段變化信息。

對地震地下流體監(jiān)測點水文地球化學環(huán)境的研究，將有助于推進地球化學、同位素地球化學化學和氣體地球化學等方法在地震監(jiān)測預測領域中的應用與研究。