滇9井水溫在5．0級(jí)以上近震前的異常動(dòng)態(tài)特征＊

趙家本 鄧嘉美 金明培

（中國(guó)地震局滇西地震預(yù)報(bào)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，云南大理 671000）

（作者電子信箱，趙家本：2632092238＠qq．com）

引言

地震預(yù)報(bào)的水文地球化學(xué)異常方法建立在震前地下水的化學(xué)組分出現(xiàn)異常的基礎(chǔ)上。地球化學(xué)異常的形成受地震孕育物理過程的控制，也就是隨著構(gòu)造應(yīng)力的增強(qiáng)受裂隙發(fā)育過程的制約。地震孕育模式 膨脹－擴(kuò)散清楚地解釋了地球化學(xué)異常形成的物理基礎(chǔ)［1］，并將地下水化學(xué)指標(biāo)的變化作為地震異常進(jìn)行研究。例如，在不同時(shí)間內(nèi)井水位的升降、泉水流量的增減、水中化學(xué)組分的變化以及溫泉水溫的冷熱變化等等，都成為中、短、臨地震預(yù)報(bào)判定的重要手段，以此為據(jù)也成功地預(yù)報(bào)過多次地震。

本文作者對(duì)環(huán)境干擾小、觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、資料連續(xù)、穩(wěn)定性較好的滇9井溫泉水溫進(jìn)行研究，期望得到一定范圍內(nèi)的中強(qiáng)地震前水溫動(dòng)態(tài)變化特征，捕捉地震前的臨震信息，實(shí)現(xiàn)臨震預(yù)報(bào)的突破。這將對(duì)臨震預(yù)報(bào)工作提供有益的參考，體現(xiàn)地震預(yù)報(bào)社會(huì)價(jià)值的意義。

1 滇9井的基本概況

滇9井位于云南省龍陵縣龍山鎮(zhèn)邦納掌溫泉，它是沿近東西向香柏河河谷兩側(cè)出露的溫泉群的組成部分之一。該溫泉群在27萬平方米的范圍內(nèi)有90余眼泉，水溫在40～100℃。水溫高于80℃的熱泉呈近東西條帶展布，兩側(cè)水溫依次降低。該溫泉群總流量為9．01L／s。

滇9井的水質(zhì)類型為 CO3－HCO3－N 型和 HCO－N型水，礦化度為0．70g／L，氟、鉀、鈉、鋰、氯等離子含量分別為20mg／L、20mg／L、22mg／L、2．1mg／L、5．0mg／L。氧化物中SiO2、SO4、HCO3的含量分別為295mg／L、34mg／L、30mg／L。在溫泉出露的加里東期花崗片麻巖中，構(gòu)造裂隙和風(fēng)化裂隙發(fā)育，地下徑流條件較好。特殊的構(gòu)造環(huán)境，使深循環(huán)熱水沿構(gòu)造裂隙溢出，使得能從該井觀測(cè)到豐富的地下流體信息。

滇9井的水溫資料于1976年4月6日開始在環(huán)境較好的1號(hào)泉（24°39′N，98°40′E）進(jìn)行觀測(cè)，現(xiàn)已連續(xù)觀測(cè)達(dá)37年，數(shù)據(jù)完整率為100%。該泉孔出露在一塊獨(dú)立巖石上，泉口有成年人的腳印大（當(dāng)?shù)厝朔Q仙人腳跡），泉口標(biāo)高為1 280m。1982年11月通過中國(guó)地震局相關(guān)部門的驗(yàn)收，納入國(guó)家一類井網(wǎng)。

滇9井水溫觀測(cè)儀器是精度為0．1℃、量程為50～100℃的水銀溫度計(jì)。每天定時(shí)觀測(cè)一次，觀測(cè)時(shí)間為上午7：30～8：00。

2 滇9井水溫動(dòng)態(tài)變化特征映震歷史震例

滇9井水溫的趨勢(shì)動(dòng)態(tài)為多年起伏型，多年的起伏幅差較大，升降幅度在幾度以上（圖1）。理論上該類型的水溫動(dòng)態(tài)受大氣降雨和來自多個(gè)含水層的混合水影響，但滇9井處于印度板塊與歐亞板塊接觸帶的東側(cè)，龍陵—瑞麗斷裂以西NNE45°方向的褶皺上。該區(qū)在印度洋板塊向北推擠的作用下，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地震頻繁；且北東向構(gòu)造發(fā)育，地層為變質(zhì)程度不同的寒武系花崗片麻巖和早期混合花崗巖［2］，成巖裂與風(fēng)裂發(fā)育，地下水徑流條件好，具有較大的補(bǔ)給區(qū)，故其地下動(dòng)態(tài)較為穩(wěn)定。經(jīng)37年的觀測(cè)結(jié)果表明，它不受外界環(huán)境因素的影響。因此，說明該井水溫動(dòng)態(tài)變化隨構(gòu)造應(yīng)力的增強(qiáng)及裂隙發(fā)育過程而變化，反映地震前的部分地下深部水組分的變化信息。

圖1 滇9井水溫日均值圖（1977年1月1日～2013年1月14日）

2．1 滇9井水溫日均值動(dòng)態(tài)變化異常的映震特征

自滇9井水溫觀測(cè)以來，最高溫度達(dá)93℃，最低溫度至41．8℃（龍陵7．3、7．4級(jí)地震后出現(xiàn)），歷史平均溫度為86℃（該數(shù)值為1977年1月1日～2013年3月10日的平均值）。經(jīng)統(tǒng)計(jì)得到，當(dāng)某時(shí)段的差分值（某時(shí)段最高值減去最低值）＞7．7℃后26d內(nèi)，在距該井40km范圍內(nèi)有≥5．0級(jí)中強(qiáng)地方震發(fā)生，歷史對(duì)應(yīng)率為3／4（表1）。

由表1可看到，滇9井水溫日均值動(dòng)態(tài)變化異常具有異常幅度大、映震時(shí)間很短、映震范圍極小的特征。而且每次地震前都有一個(gè)共同點(diǎn)，就是從水溫低值加速上升至最高值后發(fā)生地震。加速時(shí)間不等，有的幾天，有的幾個(gè)月（圖2～4）。

2．2 滇9井水溫日均值連續(xù)上升動(dòng)態(tài)變化異常特征

對(duì)1978年以來滇9井水溫日均值做30天滑動(dòng)處理統(tǒng)計(jì)（1977年以前受龍陵7．3、7．4級(jí)地震的影響，不作統(tǒng)計(jì)，下同）得到，當(dāng)某時(shí)段（2個(gè)月）連續(xù)上升幅度（最低值與最高值差分）＞1．2℃為起報(bào)異常指標(biāo)閾值（圖5a，b，因震例太多，這里只展示部分震例）。異常指標(biāo)值出現(xiàn)后，在距該井500km范圍內(nèi)有≥5．0級(jí)中強(qiáng)近震發(fā)生，133d、90d、60d內(nèi)的歷史對(duì)應(yīng)率分別為36／39＝0．923、33／39＝0．846、29／39＝0．743（表2）。

表1 滇9井水溫日均值異常動(dòng)態(tài)變化的映震關(guān)系表

圖2 1976年龍陵地震前滇9井水溫日均值變化曲線圖（1976年4月6日～1976年5月31日）

圖3 1991年施甸地震前滇9井水溫日均值變化曲線圖（1991年1月1日～1991年7月31日）

圖4 2001年施甸地震前滇9井水溫日均值變化曲線圖（2000年1月1日～2001年4月30日）

圖5 滇9井水溫日均值30天滑動(dòng)均值連續(xù)上升圖。（a）（1991年1月1日～1992年12月31日）；（b）（1999年1月1日～2000年12月31日）

________________表2_滇9井水溫日均值30天滑動(dòng)連續(xù)上升動(dòng)態(tài)變化異常的映震關(guān)系表

從表2得到，滇9井水溫日均值3 0天滑動(dòng)均值連續(xù)上升動(dòng)態(tài)變化特征是：映震500km范圍內(nèi)≥5．0級(jí)中強(qiáng)近震的短臨預(yù)報(bào)效果顯著，特別是2個(gè)月內(nèi)發(fā)生地震的優(yōu)勢(shì)更為明顯。

___續(xù)表2

2．3 滇9井水溫日均值連續(xù)下降動(dòng)態(tài)變化異常特征

對(duì)1978年以來滇9井水溫日均值作30天滑動(dòng)處理統(tǒng)計(jì)還得到，當(dāng)某時(shí)段（4個(gè)月）連續(xù)下降幅度（最高值與最低值差分）＞3．30℃為起報(bào)異常指標(biāo)閾值（圖6），異常指標(biāo)值出現(xiàn)后，在距該井250～450km范圍內(nèi)有≥6．0級(jí)中強(qiáng)近震發(fā)生，77．8%的映震時(shí)間為100～185d，260d內(nèi)的歷史對(duì)應(yīng)率為8／9＝0．889（表3）。

圖6 滇9井水溫日均值30天滑動(dòng)均值連續(xù)下降圖（2005年1月1日～2013年3月10日）

從表3得到，滇9井水溫日均值30天滑動(dòng)均值連續(xù)下降動(dòng)態(tài)變化特征是：映震250～450km范圍內(nèi)≥6．0級(jí)中強(qiáng)近震的中短期預(yù)報(bào)效果顯著，半年內(nèi)發(fā)生地震的優(yōu)勢(shì)更為明顯。

2．4 滇9井水溫日均值殘差滑動(dòng)動(dòng)態(tài)變化異常特征

對(duì)滇9井水溫日均值殘差作滑動(dòng)處理統(tǒng)計(jì)得到，取滇9井水溫日均值殘差滑動(dòng)2倍方差（≥1．8℃或≤－1．8℃）為預(yù)報(bào)指標(biāo)閾值（圖7a，b），異常指標(biāo)值出現(xiàn)后，在距該井500km范圍內(nèi)有≥5．0級(jí)中強(qiáng)近震發(fā)生，4．5個(gè)月、3個(gè)月、2個(gè)月內(nèi)發(fā)生地震的對(duì)應(yīng)率分別為42／47＝0．894、40／53＝0．755、35／58＝0．603。而且85．7%的地震在距該井400km內(nèi)，73．8%的地震在距該井300km內(nèi)。

表3_滇9井水溫旬均值趨勢(shì)下降動(dòng)態(tài)變化異常的映震關(guān)系表

圖7 滇9井水溫日均值殘差滑動(dòng)均值圖。（a）1978年1月1日～1994年12月31日；（b）1995年1月1日～2013年3月10日

3 滇9井水溫動(dòng)態(tài)變化異常與流量、水氡等動(dòng)態(tài)變化異常的同步性

作者曾在“滇9井在中強(qiáng)地方震前的地下流體動(dòng)態(tài)特征”中論述過水溫、流量、水氡在中強(qiáng)地方震前的異常同步性［2］，故在此不再詳細(xì)論述，只用震例來說明（圖8）。從圖8滇9井水溫、流量、水氡動(dòng)態(tài)變化同步異常圖中，可以看到它們的同步特征是：①4次地震前水溫、流量體現(xiàn)出高值動(dòng)態(tài)變化異常，水氡則體現(xiàn)出低值動(dòng)態(tài)變化異常；②2次施甸地方震前異常出現(xiàn)時(shí)間較短（17～38d），2次近震前異常出現(xiàn)時(shí)間稍長(zhǎng)一些（60～120d）。

圖8 滇9井水溫、流量、水氡動(dòng)態(tài)變化同步異常圖（1991年1月1日～2001年12月31日）

4 滇9井水溫動(dòng)態(tài)變化異常特征小結(jié)

（1）滇9井水溫日均值動(dòng)態(tài)變化異常，主要映震40km范圍內(nèi)≥5．0級(jí)地方震，而且異常幅度較大，映震時(shí)間較短（震前13～38d），臨震預(yù)測(cè)指示意義顯著。

（2）水溫日均值殘差滑動(dòng)及30天滑動(dòng)連續(xù)上升（增溫現(xiàn)象）動(dòng)態(tài)變化異常，主要映震100～500km范圍內(nèi)≥5．0級(jí)近震，映震時(shí)間為9～141d，80．1%在90d內(nèi)，短期預(yù)測(cè)指示意義顯著。

（3）水溫日均值30天滑動(dòng)連續(xù)下降（降溫現(xiàn)象）動(dòng)態(tài)變化異常，主要映震250～450km范圍內(nèi)≥6．0級(jí)近震，映震時(shí)間為44～260d，88．9%在185d內(nèi)，中期預(yù)測(cè)指示意義顯著。

5 映震機(jī)理及異常原因探討

由于地下流體是存在于巖石的孔隙與巖體的裂隙之中，而地下巖體在地震孕育過程中受到力的作用而變形破壞時(shí)，首先是這些孔隙與裂隙發(fā)生變形與破壞，而不是固體骨架變形與破壞，因此賦存于孔隙與裂隙中的流體必然作出靈敏的響應(yīng)［3］。因此，地下流體具有較好的映震靈敏性。

對(duì)于地殼深部和上地幔氣體，只能通過火山活動(dòng)中巖漿的包裹體等進(jìn)行了解。滇9井處于現(xiàn)代構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈的騰沖火山地?zé)岙惓^(qū)，巖漿中的揮發(fā)組分在應(yīng)力的作用下通過孔隙和裂隙通道溢出。因此在溫度較高的溫泉區(qū)所釋放的信息其實(shí)是地殼區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)活動(dòng)的結(jié)果，所以滇9井水溫動(dòng)態(tài)變化與地方震、近震密切相關(guān)也是必然的。

地震是某區(qū)域受力擠壓或拉張作用后，應(yīng)變能在某個(gè)點(diǎn)釋放的結(jié)果。因?yàn)閰^(qū)域受到力的擠壓作用，那么區(qū)域內(nèi)的某些局部地區(qū)的地下介質(zhì)溫度也會(huì)隨著受力程度連續(xù)升高；而區(qū)域受到力的拉張作用，那么區(qū)域內(nèi)的某些局部地區(qū)的地下介質(zhì)溫度也會(huì)隨著受力程度連續(xù)下降。所以滇9井水溫動(dòng)態(tài)連續(xù)上升變化異常映震機(jī)理應(yīng)該是受力擠壓作用的結(jié)果，而連續(xù)下降變化異常映震機(jī)理應(yīng)是受力拉張作用的結(jié)果。而且該井水溫溫度隨流量增大而增高，隨流量減小而降低，也說明此映震機(jī)理。

（作者電子信箱，趙家本：2632092238＠qq．com）

［1］［蘇］巴爾蘇可夫，瓦爾沙爾．水文地球化學(xué)方法在地震短期預(yù)報(bào)中的作用／／地震水文地球化學(xué)前兆．北京：地震出版社，1989

［2］趙家本．滇9井在中強(qiáng)地方震前的地下流體動(dòng)態(tài)特征．地震研究，2004，27（1）：30－36

［3］萬迪堃，汪成民，李建成，等．地下水動(dòng)態(tài)震例剖析與短臨預(yù)報(bào)方法研究／／中國(guó)地震預(yù)報(bào)方法研究．北京：地震出版社，1991