2021年9月安徽巢湖井水温异常分析.pdf

27第 2 期（总第 187 期）2023 年 6月No.2Jun.2023收稿日期：2022-07-06；修回日期：2022-07-18基金项目：安徽省地震局青年基金项目（20220216）资助作者简介：裴红云（1983-），女，安徽巢湖人，工程师，主要从事地震监测及分析预报工作 E-mail：phy_1983 163 com地下流体水温观测，以观测井内固定深度处水的温度为观测对象，获取观测层的水温变化动态信息。地下流体水温观测中微小的变化可能反映地震孕育、发展和发生过程或地壳构造活动引起区域热状态的改变，在地震监测预报研究中发挥着重要的作用，因此水温异常识别和提取是地震预测预报的一种有效手段。我国的水温高精度观测始于 20 世纪 80 年度末，并在“十五”项目时在全国推广布设，随后学者们围绕水温微动态及其形成机制、潮汐响应、同震效应以及干扰因素等方面开展了诸多研究：依据水温微动态变化、固体潮、同震效应等，提出了水温动力学机制，解释了水温动态变化的机理（鱼金子等，1997）；从观测井的热系统及热传递方式着手，给出水温微动态变化机理（车用太等，2008）；开展了水温动态变化特征及其与中强震时空强的相关性研究，指出异常分布区域在中强震孕育的不同时期的迁移特征及异常时段与发震时刻的关系（简春林，2004；晏锐等，2007；陈大庆等，2007；刘耀伟等，2008；张立等，2009；缪阿丽等，2017；王俊等，2018；孙小龙等，2018）。安徽巢湖井于 2007 年 9 月开始数字化水温观测，先后使用 SZW-1A 型及 SZW-II 型水温仪进行观测，期间仅 20172018 年因观测点所在小区拆迁重建，数据出现短时间中断，其他时段的观测数据连续可靠，数据有效率较高。开展水温动态变化特征及异常分析，对研究区域地震的孕育发展具有较好的参考意义（张军等，2011；李华等；2013）。1 观测井概况安徽巢湖井成井于 1971 年，井深 331 m，为地质勘探井，观测含水层岩性为泥盆纪石英岩，孔隙裂隙承压水。该井位于郯庐断裂东侧，滁河断裂与桥头集东关断裂交汇处（图 1）。水文地质条件为江淮剥蚀丘陵，丘陵间构成向斜谷地，山岭多由泥盆纪石英岩组成，斜坡为石灰岩，岩溶较发育。观测井 1985 年经改造后投入深井水位观测，辅以气压观测，2007 年开始数字化水位水温观测。2009 年以来，该井周边发生 3 次MS 3 5 地震（图 1）。2 水温动态分析巢湖井水温年变动态总体呈缓慢上升，部分年份有起伏，属复合型年动态特征（车用太等，2003）。短期数 据形态多数较为平稳，偶有突升突降变化，持续时间为几小时至几天，主要影响因素为降水，因观测含水层2021 年 9 月安徽巢湖井水温异常分析裴红云，李军辉，王 俊，李罡风，陈 俊，谢 庆，刘 莉（安徽省地震局，安徽 合肥 230031）摘 要：基于安徽巢湖井 20082022 年水温观测数据，分析该井水温的变化特征及可能存在的影响因素；重点分析了 2021 年 9 月以来该井水温持续上升的异常变化。结果显示：在 2021 年 12 月 22 日江苏常州MS4 2 地震前，巢湖井水温于 2021 年 9 月 26 日出现快速上升变化，上升幅度约 0 15，震后水温上升速率减缓；2 套水温的比测结果也显示二者变化一致性较好，具有相同的变化趋势；调和分析及水化学分析显示异常变化可能与构造活动有关。通过分析认为，该井水温异常信度较高，具有一定的前兆意义。关键词：水温；巢湖井；异常中图分类号：P315 7 文献标识码：B 文章编号：1001-8115（2023）02-0027-06DOI：10 13716 j cnki 1001-8115 2023 02 005282023 年第 2 期四 川 地 震上方没有较好的隔水顶板，降雨对水位水温的短期数据形态影响较为明显（张军等，2011），强降雨及持续性降雨常造成水位上升、水温下降的同步变化，一般降雨结束后较快恢复原背景值，因此对长趋势变化形态影响较小。此外，该井对周边中等地震基本无同震和震后响应；梳理历年的资料发现，在汶川 MS8 0、日本 MS9 0 和玛多 MS7 4大震时，同震及震后效应明显，呈现出水 位水温同步下降的变化（表 1，图 2），汶川 MS8 0 地震的影响最大。水温数据下降后一般在震后 15 天内恢复至原背景值。水位数据自2008 年四川汶川 MS8 0 地震大幅下降后，两年内一直处于缓慢回升的过程；而 2011 年日本 MS9 0 和 2021 年青海玛多 MS7 4 地震下降后，分别在 3 个多月和几天内恢复原背景值。3 异常特征及成因分析2021年9月26日水温出现快速上升变化，图 1 20092022 年安徽巢湖井及附近 MS 3.5 地震事件分布图 2 安徽巢湖井水温年变动态曲线表 1 安徽巢湖井同震及震后效应水位水温变化时间震中地名震级（MS）震中距 km水位形态水位变幅 cm水温形态水温变幅 2008-05-12四川汶川8 01 375下降49下降0 042011-03-11日本东部9 02 358下降32下降0 022021-05-22青海玛多7 41 850下降18下降0 01292023 年 6 月裴红云，等：2021年9月安徽巢湖井水温异常分析直至 2022 年 1 月中旬上升趋势减缓，但仍保持小幅上升趋势，累计变幅约0 15（图 3）。针对此次异常变化，笔者从观测系统工作状态、气象、环境等干扰因素着手，通过排除法来判断异常变化是否与地震的孕育发展有关。31 数据信度分析2021 年 9 月 14 日该井新增水温比测仪器，对比两套仪器数据发现，两套仪器数据变化形态高度一致（图 3）。因此，也验证了 2021 年 9 月 26日以来的水温快速上升是一次真实的变化过程，观测数据真实可靠。32 气象因素分析从气象因素来看，安徽巢湖井受降雨影响主要表现为：区域内出现较大降雨时，水位出现明显上升变化，水温出现同步下降变化，并在降雨结束后快速恢复原背景值（图 4）。本次水温快速上升变化期间，水位受 2021 年 9 月 2829 日降雨影响，出现小幅上升，与以往降雨影响一致；而水温受降雨影响一般出现小幅下降的变化，与此次水温快速上升变化形态相反，因此降雨不能作为水温上升异常的影响因素。图 4 2021 年 810 月安徽巢湖井水温、水位与降雨的关系曲线33 调和分析及梯度实验研究表明调和分析可以较好地反应含水层的应力变化信息（张昭栋等，2002）；晏锐等（2012）指出 M2波受气压影响较小，作为水位潮汐中的最大谐波，可以较好地反应井水位固体潮以及含水层特征。计算安徽巢湖井 M2波的潮汐振幅和相位（图 5）发现，潮汐因子在汶川 MS8 0、日本 MS9 0 等大震前后变化较明显，都出现震前明显增大，震后缓慢恢复的变化。此外，2011 年日本 MS9 0 地震后潮汐因子持续缓慢下降，直至2019 年 11 日才出现小幅转折，呈现缓慢上升的波动变化；2021 年 9 月至 2022 年 2 日巢湖井水温快速上升期间潮汐因子也随之增大，2022 年 3、4 月水温上升趋势变缓后，潮汐因子也随之略有下降。潮汐因子随异常发展的变化，也反应了异常变化过程中可能蕴含一定的构造活动信息。为进一步探索观测井含水层及结构应力变化情况，2022 年 1 月 5 日开展了水温梯度实验。实验结果（图 6a）表明：该井水温梯度值较小，约为 0 12 m；100195 m 深度内水温变化稳定，线性程度较好，水温探头投放在该深度范围，符合观测要求。与 2021 年 3 月 24 日的异常前水温进行对比（图 6b）发现，水温梯度均在水下 105 m 和 110 m 出现拐点，水下 110195 m 线性趋势一致；可初步判断观测井水温梯度未发生明显变化。34 水化学分析观测井附近无其他深井，其北侧 150 m 图 3 安徽巢湖井两套水温仪器对比观测曲线图 5 安徽巢湖井潮汐因子302023 年第 2 期四 川 地 震处有一裸露泉水，即幸福泉，常年自流。水温异常上升期间，先后多次采集观测井及幸福泉水样，委托华东冶金地质勘查局中心实验室等机构进行检测，主要离子含量见表 2。井水样与附近幸福泉水体阴阳离子含量差异显著，安徽巢湖井为 CaCO3型，附近水体为 Ca Mg-SO42-型，可见安徽巢湖井与其附近其他水体来源不同。Triangle 图（图 7a）显示巢湖井及其周边水体均为未成熟水，水岩反应较弱；piper 图（图 7b）显示幸福泉水体水温异常变化前后未发生明显变化；井水样离子含量偏低，水温异常变化过程中，水化学类型未发生变化，但初期与中期离子含量略有差异，SO42-呈现逐渐降低的变化，存在外源输入的可能。表 2 安徽巢湖井及其附近水体离子信息样品名称取样日期阳离子阴离子Na+K+Ca+Mg2+Cl-SO42-HCO3-巢湖井2021-10-082 993 8652 7012 994 4737 30193 00巢湖井2021-11-243 223 8444 2010 704 090 66184 00巢湖井2021-12-264 283 8445 5710 915 010 08240 80幸福泉2021-03-246 740 81156 0010 5012 70242 00208 00幸福泉2021-10-089 840 99176 0010 6020 80205 00273 00幸福泉2021-11-2411 501 37167 009 8625 30242 00261 00幸福泉2021-12-2612 071 11136 466 7219 73126 00336 00图 7 安徽巢湖井及其周边水体 triangle（a）和 piper（b）图图 6 2022 年 1 月 5 日安徽巢湖井水温梯度（a）及水温异常前后梯度（b）曲线312023 年 6 月裴红云，等：2021年9月安徽巢湖井水温异常分析35 震例分析安徽巢湖井发生水温趋势上升变化的次数较少，但对应地震发生的情况较好。据张军等（2011）和王俊等（2018）的研究表明，2009年肥东MS3 5和2011年安庆MS4 8 2次地震前水温均出现趋势上升变化（图8）。2009 年 3 月 3 日水温出现快速上升变化，3 月 13 日陡降 0 013，之后持续上升，上升幅度约 0 030，上升过程中于 2009 年 4 月 6 日发生肥东 MS3 5 地震，该地震距离安徽巢湖井仅 60 km；2010 年 3 月 28 日水温出现快速上升变化，2010 年 8 月初达到最大值，上升幅度约 0 050，2010 年 8 月 4 日开始缓慢下降，在下降过程中于 2011 年 1 月 19 日发生安庆 MS4 8 地震，该地震距离安徽巢湖井 175 km；2021 年 9 月 26 日水温再次出现快速上升变化，直至 2022 年 1 月中旬趋平，变化形态与两次震例分析形态类似、变幅更大，此次水温异常上升过程中，2021 年 12 月 22 日发生江苏常州 MS4 2 地震，该地震距离安徽巢湖井约 202 km。图 8 2008 年 12 月2022 年 5 月安徽巢湖井水温与地震事件对应关系图4 结论与讨论2021 年 9 月 26 日以来安徽巢湖井水温快速上升异常变化，数据变化真实可靠，异常变化可能与区域应力活动相关；结合历史震例，水温异常变化的形态相似，江苏常州 MS4 2 地震在水温异常上升过程中发生，可能与水温具有一定的相关性。从时间相关性来看，江苏常州 MS4 2 地震是在安徽巢湖井水温异常变化开始 87 天后发生的；从空间范围来看，江苏常州 MS4 2 地震震中距安徽巢湖井约 202 km；异常符合地震孕育中短期较为分散的特征（刘耀伟等；2008）。通过梳理水温变化动态，分析探索其异常变化形态，得到以下基本认识：安徽巢湖井水温微动态变化较为复杂，属复合型年动态类型；受降雨、观测系统干扰等因素影响，出现短暂小幅波动；水温受巴颜喀拉块体大震及大陆周边巨震影响，可能会与水位同步出现较大的台阶变化，水温在半个月内恢复原背景值，水位则长期处于恢复过程中；安徽巢湖井水温趋势上升异常可能与区域应力活动有关，值得进一步深入研究。参考文献车用太，刘成龙，鱼金子 2008 井水温度微动态及其形成机制 J 地震，28（4）：20-28车用太，刘喜兰，姚宝树，等 2003 首都圈地区井水温度的动态类型及其成因分析 J 地震地质，25（3）：403-419陈大庆，刘耀炜，杨选辉，等 2007 远场大震的水位、水温同震响应及其机理研究 J 地震地质，29（1）：122-132简春林 2004 中国大陆地震地下流体异常特征研究 J 地震，24（1）：42-49李华，杨林跟 2013 皖 14 井地下水观测资料变化的原因剖析 J 华南地震，33（3）：85-91刘耀炜，孙小龙，王世芹，等 2008 井孔水温异常与 2007 年宁洱 6 4 级地震关系分析 J 地震研究，31（4）：347-353缪阿丽，王俊，叶碧文，等 2017 2011 年安庆MS4 8 地震前地下流体典型异常特征及机理研究 J 地震，37（3）：180-189孙小龙，向阳，杨朋涛 2018 云南会泽井水位地震预测效能检验及其机理分析 J 地震学报，40（2）：185-194王俊，缪阿丽，李军辉，等 2018 2011 年安庆MS4 8 地震前苏、皖典型前兆异常特征分析 J 地震研究，41（4）：568-576晏锐，高福旺，陈颙 2007 由井含水层系统的水位动态反演含水层体应变 J 中国地震，23（3）：303-309晏锐，张立，简春林 2012 云南曲靖井水位潮汐动态特征分析 J 地震，34（3）：363-373鱼金子，车用太，刘五洲 1997 井水温度微动态形成的水动力学机制研究 J 地震，17（4）：389-396张军，陶月潮，孙盼盼，等 2011 安徽巢湖井数字化水温资料分析 J 地震研究，34（2）：131-135张立，赵洪声，刘耀伟，等 2009 云南会泽井水位与水温相关关系及其变异的地震预测意义 J 地震研究，32（3）：228-230322023 年第 2 期四 川 地 震张昭栋，郑金涵，耿杰，等 2002 地下水潮汐现象的物理机制和统一数学方程 J 地震地质，24（2）：208-214Analysis on the Abnormal Water Temperature at the Chaohu-well in Anhui since September 2021 PEI Hongyun，LI Junhui，WANG Jun，LI Gangfeng，CHEN Jun，XIE Qing，LIU Li（Anhui Earthquake Agency，Anhui Hefei 230031，China）Abstract：Based on the observation data of the water temperature in Chaohu-well from 2008 to 2022，we analyzed the characteristics and possible influencing factors of the variation in water temperature We focused on the abnormal changes in the water temperature of the well that have been enhanced since September 2021 The results showed that the water temperature of the Chaohu-well raised rapidly since September 26，2021 before the MS4 2 Changzhou earthquake that occurred on December 22，2021 The enhancement of water temperature increased by about 0 15，whereas the rate of water temperature became slowly after the earthquake The comparison results of the two sets of instruments showed that the changes were in good agreement with the same trend The results of harmonic analysis and water chemical composition analysis showed that the abnormal changes might be related to tectonic activities The analysis results showed that the reliability of the water temperature anomaly in the well is relatively high，which indicates a certain precursory significanceKeywords：water temperature；Chaohu-well；anomalySichuan，China J Seismological Research Letters，91（6）：3182-3194Study on Significant Seismic Activity and Rupture Scale in the Rongxian-Weiyuan-Zizhong RegionsZUO Hong1，2，LIANG Mingjian1，2，JIANG Ningbo1，2，LIAO Cheng1，2，GONG Yue1，WANG Yuhang1，LUO Yong1，2（1 Sichuan Earthquake Agency，Sichuan Chengdu 610041，China；2 Chengdu Institute of the Tibetan Plateau Earthquake Research，China Earthquake Administration，Sichuan Chengdu 610041，China）Abstract：Based on the observation and recorded data from Sichuan seismic network，this paper used the double-difference seismic relocation method to obtain the precise location results of 5 375 earthquakes above ML 1 8 in the Rongxian-Weiyuan-Zizhong region from 2018 to 2021 Combined with the results of seismic belt distribution and focal mechanism solutions，we explored the empirical relationship between magnitude and rupture scale of four significant earthquakes The results revealed that the cluster of earthquakes in the eastern part of the study area is mainly concentrated in 35 km，with a north-east maintrend The western seismic strip shows a north-south trend and a north-west direction that is consistant with the Morin Field fault The north-east earthquake may have been caused by the north-east anticline of the Rongxian-Weiyuan basement latent fault dislocation The focal depth of the western main shock and the aftershock is deep However the deep coupling relationship is not good，whereas the good coupling relationship between the eastern part may indicate the longer faults Combined with the seismic belt distribution direction and the dominant rupture direction of the focal mechanism solution，the rupture scales of four significant earthquakes in the study area were obtained We suggest that the empirical relationship between magnitude and rupture scale in Rongxian-Weiyuan-Zizhong area is MS=5 036 5lg（L）+1 585 1Keywords：Rongxian-Weiyuan-Zizhong region；earthquake rupture scale；weakly active structure（上接第 17 页）