盤錦地區(qū)地下流體映震規(guī)律研究

鮮述東，王 鵬，劉 麗，韓 艷，楊 昆，劉子哲

（1.盤錦地震臺(tái)，遼寧 盤錦 124013；2.營口地震臺(tái)，遼寧 營口 115101）

0 前言

盤錦地區(qū)地下流體觀測始于20世紀(jì)70年代。經(jīng)過近40年的流體觀測，取得了一些很有研究價(jià)值的地震前兆觀測數(shù)據(jù)。在1975年海城Ms7.3級地震、1976年唐山Ms7.8級地震、1999年岫巖Ms5.4級地震以及2003年沈陽東陵ML4.2級地震和內(nèi)蒙古巴林左旗Ms5.9級等地震中，本區(qū)多種觀測項(xiàng)目出現(xiàn)了明顯的前兆異常。為此，本文將盤錦地區(qū)地下流體觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行總體分析，得出地震與異常資料的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而研究出本地區(qū)地下流體的映震規(guī)律。

1 流體觀測井孔狀況及區(qū)域水文地質(zhì)概況

下遼河平原為一斷陷盆地，郯廬斷裂帶穿過該區(qū)。東部為遼東隆起，西部為燕山褶皺帶。北依內(nèi)蒙地軸與松遼盆地相隔［1］。全區(qū)構(gòu)造總體上表現(xiàn)為以負(fù)向斜構(gòu)造為基礎(chǔ)。斷陷內(nèi)部被一級大斷裂分為二級構(gòu)造帶，由東向西有：油燕溝斷裂、遼中斷裂、張家街?jǐn)嗔选⒘x縣大凌河斷裂。它們基本呈北東向平行展布［1］。本區(qū)第三系地層可分為上下兩套。由上而下分為明化鎮(zhèn)組和館陶組。上第三系為本區(qū)的主要含水層，也是油田生產(chǎn)用水的主要產(chǎn)水層位，高七井、興一井水位觀測也是此層位。

盤一井、高七井、興一井、齊一井均分布在同一個(gè)大的構(gòu)造區(qū)域內(nèi)，即西部凹陷區(qū)（也稱西斜坡），而榮二井則位于東部凹陷區(qū)。

遼河盆地三面環(huán)山，一面臨海的匯水盆地，地下水的補(bǔ)給主要是大氣降水，本區(qū)的三套含水層中，除第四系含水層外，上第三系的明化鎮(zhèn)組和館陶組兩套含水層均為承壓含水層，其封閉水頭高度可達(dá)地表以上，含水層埋藏較深，下部含水層不能直接接受上部含水層的補(bǔ)給。下遼河平原地表水系發(fā)育，上游有遼河、渾河、太子河，下游有大遼河、雙臺(tái)子河、繞陽河、大凌河等。而這些河流走向又多與本區(qū)的深大斷裂有關(guān)，所以河流補(bǔ)給就成了地下水的重要補(bǔ)給途徑（表1）。

圖1 盤錦地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造Fig.1 Geological structure map of Panjin

表1 盤錦地區(qū)各河流滲入地下水量概算

盤錦地區(qū)用于地震觀測的井孔共有5口，各井基本條件很好，井深在1000m左右，能夠觀測到第三系含水層，是地震地下流體觀測中少有的深水井。各井孔井深、射孔部位及含水層地質(zhì)年代等基本情況［2］（表2）。

表2 盤錦地區(qū)水位觀測井基本情況

2 地下流體資料動(dòng)態(tài)特征分析

2.1 觀測資料年動(dòng)態(tài)特征分析

2.1.1 水溫正常動(dòng)態(tài)特征分析

高七井水溫從1997年進(jìn)行模擬觀測以來，數(shù)據(jù)波動(dòng)比較大，受交流供電干擾出現(xiàn)負(fù)脈沖，在改用直流供電后這一現(xiàn)象消失。2001年 “九五”數(shù)字化改造之后，水溫觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)上升臺(tái)階，比數(shù)改前高大約0.09℃，數(shù)改后水溫觀測數(shù)據(jù)穩(wěn)定，波動(dòng)幅度很小，日均值相對變幅低于2%℃，無年變。2004年9月水溫觀測儀遭雷擊，修復(fù)后出現(xiàn)下降臺(tái)階，下降大約0.03℃。之后水溫測值不斷上升，存在趨勢性變化，年平均上升幅度為0.012℃（圖2）。在正常情況下，高七井水溫日變化幅度大約在0.014℃。

圖2 高七井水溫日值曲線Fig.2 The daily value curve of the terrestrial heat in Gaoqi well

2.1.2 水位正常動(dòng)態(tài)特征分析

盤錦地區(qū)水位多年來存在著不同程度的下降。石油開采等工礦活動(dòng)導(dǎo)致用水量劇增，加之開采布局與地下水水文地質(zhì)條件不符，帶來地下水位以每年1～3米的速度下降，形成大面積開采降落漏斗。館陶組地下水降落漏斗區(qū)，該層水位每年降幅1～3米［3］。 1999年岫巖地震之后各井水變化略有不同，齊一井和榮二井出現(xiàn)反向發(fā)展趨勢（圖3（b）、（c））；高七井和興一井水位年變規(guī)律比較一致（圖3（a）、（d））。

圖3 盤錦地區(qū)水位日均值曲線Fig.3 The daily value curve of water level at Panjin area

2.1.3 水氡正常動(dòng)態(tài)特征分析

盤錦地區(qū)水氡從1973年開始觀測。通過現(xiàn)有資料分析，盤錦地區(qū)水氡測值比較平穩(wěn)，1979年以前盤三井測值波動(dòng)幅度大約在1埃幔左右（圖4（a））；1986年以后盤一井測值波動(dòng)幅度大約在0.7Bq／L左右，無年變規(guī)律。絕大多數(shù)在地震發(fā)生前出現(xiàn)明顯異常，異常特征表現(xiàn)為：突跳（圖4（b））。

圖4 盤錦地區(qū)水氡日值曲線Fig.4 The daily value curve of radon in ground water at Panjin area

1995年8月4日由于洪水災(zāi)害停止水氡觀測13天，恢復(fù)觀測后氡值出現(xiàn)低值，之后逐漸恢復(fù)到正常水平；1999年岫巖—偏嶺Ms5.4級地震之后出現(xiàn)震后下降，2001—2003年水氡變化幅度增加，主要原因可能是 “九五”數(shù)字化改造期間改用小流量潛水泵抽水所致。之后水氡測值低于正常年測值并趨于平穩(wěn)，直到2011年3月11日日本出現(xiàn)地震，4月19日打破平穩(wěn)狀態(tài)出現(xiàn)震后突跳上升（圖4（b））。

2.2 前兆觀測資料異常特征分析

盤錦地區(qū)自1973年開展地震觀測工作以來，先后經(jīng)歷了1975年海城地震，1999年河北遷安和遼寧岫巖—偏嶺地震，2003年內(nèi)蒙古巴林左旗地震以及盤錦周邊區(qū)域中小地震活動(dòng)等。這些地震之前盤錦地下流體觀測項(xiàng)目都不同程度地觀測到地震前兆異常，為地震預(yù)報(bào)提供了很有價(jià)值的參考依據(jù)。

2.2.1 1975年海城Ms7.3級地震和1976年唐山Ms7.8級地震

盤三井從1974年10月10日出現(xiàn)上升型突跳，突跳幅度比正常值高大約0.7埃幔（≈2.6Bq／L），相對變化率約為8.4%，中期異常階段一直處于較大幅度地起伏式振蕩，1975年1月中旬出現(xiàn)短期異常，再次出現(xiàn)突跳上升，變化幅度大，1月24日振幅減小，進(jìn)入平靜期10天后發(fā)震（圖5（a））。

唐山地震之前盤三井水氡資料異常沒有海城地震前突出，但是在震后多次出現(xiàn)高值突跳，屬于震后效應(yīng)（圖5（b））。

圖5 盤錦地區(qū)水氡日值曲線Fig.5 The daily value curve of radon in ground water at Panjin area

2.2.2 1999年河北遷安Ms4.0級地震和遼寧岫巖－偏嶺Ms5.4級地震

盤一井水氡在遷安地震和岫巖－偏嶺地震之前都出現(xiàn)較大幅度的波動(dòng)，突跳的幅度和頻度都不斷增強(qiáng)，兩次地震最大日變幅度分別達(dá)到1Bq／L左右和2Bq／L（圖6（a））；岫巖－偏嶺地震中盤錦地區(qū)各觀測井觀測項(xiàng)目都存在不同程度的異常。興一井和高七井水位打破年變規(guī)律，前者反向上升，后者加速上升震后恢復(fù)到正常年變形態(tài)。榮井水位7月份出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，下降速率加快，在下降過程中發(fā)震（圖6（b）、（g）、（f））；高七井水溫11月9日出現(xiàn)上升，到11月22日累計(jì)上升7.3‰℃，持續(xù)時(shí)間為13天，在高值上平穩(wěn)8天后發(fā)生岫巖—偏嶺Ms5.4級地震，震中距為117公里。震后水溫在高值上沿著一定斜率持續(xù)發(fā)展。（圖6（e））。盤一井水質(zhì)簡分析氯離子、鈣離子、重碳酸根離子同時(shí)出現(xiàn)臨震突跳（圖6（c）、（d）、（h））；盤一井氣相色譜氫氣在正常情況下從未出現(xiàn)，但在震前20天明顯觀測到氫氣，臨震階段異常更加明顯，地震前一天出現(xiàn)高值突跳（圖7）。

圖6 盤錦地區(qū)地下流體觀測項(xiàng)目日值曲線Fig.6 The daily value curve of groundwater observation project at Panjin area

圖7 盤一井氫氣日值曲線Fig.7 The daily value curve of hydrogen in Panyi well

2.2.3 2003年沈陽東凌ML4.3級地震和內(nèi)蒙古巴林左旗Ms5.9級地震

高七井水溫在2001年 “九五”數(shù)字化改造后，水溫觀測值一直沿著一定斜率向上爬坡。2003年1月24日水溫測值下降，次日上升，在高值上持續(xù)波動(dòng)32天之后迅速下降并呈鋸齒狀波動(dòng)，3月30日發(fā)生了沈陽東陵ML4.3級地震，震后未出現(xiàn)明顯變化。7月13日水溫觀測值出現(xiàn)上升，到18日共計(jì)上升幅度為5.3‰℃，在高值上持續(xù)上升29天之后發(fā)生內(nèi)蒙古巴林左旗與巴林左旗之間Ms5.9級地震，震中距為348公里，震后水溫一直處于高值發(fā)展階段，直至2003年12月20日開始出現(xiàn)下降并恢復(fù)到發(fā)震前的變化形態(tài)（圖8）。

圖8 高七井水溫日值曲線Fig.8 The daily value curve of the terrestrial heat in Gaoqi well

2.2.4 2008年海城地震和2009年凌海地震

2008年11月14日海城M4.3級和2009年11月8日凌海M3.6級之前，高七井水溫都出現(xiàn)上升型異常，異常幅度分別為4.7%℃和4.8%℃，異常結(jié)束后平穩(wěn)一段時(shí)間發(fā)震，震中距分別為90公里和80公里（圖9（a））。盤一井水氡日觀測值在地震發(fā)生時(shí)出現(xiàn)明顯上升突跳，震后下降一段時(shí)間恢復(fù)正常（圖9（b））。

圖9 盤錦地區(qū)地下流體觀測項(xiàng)目日值曲線Fig.9 The daily value curve of groundwater observation project at Panjin area

2.3 異常分析

對比各測項(xiàng)資料看出：各觀測資料在出現(xiàn)異常時(shí)觀測值與正常值存在明顯差異，異常幅度較大，形態(tài)清晰，異常連續(xù)，持續(xù)時(shí)間較長等等（表3）。地震前后往往伴隨著一定數(shù)目的異常出現(xiàn)。對于同一次地震，異常出現(xiàn)的時(shí)間不盡相同，有的出現(xiàn)時(shí)間較早，有的在臨震前出現(xiàn)；異常的數(shù)量有多有少?，F(xiàn)將本區(qū)各觀測項(xiàng)目異常情況進(jìn)行簡要分析。

表3 盤錦地區(qū)前兆異常與地震統(tǒng)計(jì)表

（1）盤錦地區(qū)各觀測井水位出現(xiàn)異常的時(shí)間（尤其是短臨異常）基本一致，但異常的幅度不是很明顯，必須注意區(qū)分，主要原因是遼河油田石油開采過程中抽水、注水影響本區(qū)觀測井水位趨勢變化，并且表現(xiàn)很明顯。它主要是抽水（注水）層位與水位觀測層位有關(guān)［4］。

（2）高七井水溫在出現(xiàn)上升臺(tái)階并發(fā)展完全后在時(shí)間上作短臨預(yù)報(bào)成功的幾率很大。

（3）盤一井水氡出現(xiàn)源兆異常時(shí)往往在連續(xù)出現(xiàn)突跳性上升后逐漸恢復(fù)平靜期發(fā)震的幾率很大，遠(yuǎn)場地震對該區(qū)域水氡往往產(chǎn)生明顯震后效應(yīng)。

（4）氫和水中各離子的突跳變化具有 “臨震特征”，在其它異常較為豐富時(shí)，出現(xiàn)氫和離子的突變往往可以在時(shí)間上作出臨震的綜合判定。

統(tǒng)計(jì)1975年海城地震、1999年岫巖—偏嶺地震、2008年海城地震和2009年凌海地震得知：這些地震之前出現(xiàn)的異常數(shù)目較多（據(jù)統(tǒng)計(jì)，1975年海城地震前盤錦地電，錦州地應(yīng)力，大連地磁，金縣定點(diǎn)測量都存在異常），而地震震中距離本區(qū)沒超過150km，可以認(rèn)為是源兆地震，產(chǎn)生的異常為源兆異常；1976年唐山地震，1999年遷安地震，2003年巴林左旗地震對本地區(qū)地下流體觀測項(xiàng)目的作用不太明顯，在異常的數(shù)量和種類上比較單一，而且它們的震中都在300km以上，可以認(rèn)為是場兆地震引起的異常。利用這些可以對地點(diǎn)作出初步判定：如果異常出現(xiàn)的數(shù)量較多，異常點(diǎn)集中且比較同步，則出現(xiàn)源兆異常的可能性較大，需重點(diǎn)注意異常點(diǎn)200km范圍內(nèi)的區(qū)域；異常單一則出現(xiàn)場兆異常的可能性較大，值得注意遠(yuǎn)場的異常區(qū)域，在震后出現(xiàn)異常往往是遠(yuǎn)場地震所致。總之，利用盤錦地下流體前兆異常的數(shù)量、種類、幅度、異常出現(xiàn)時(shí)間等等指標(biāo)可以對時(shí)間和地點(diǎn)（范圍）作出合理的判定。

3 結(jié)論與討論

（1）地震與前兆異常緊密相關(guān)，本地區(qū)流體異常大都出現(xiàn)在短期或臨震期。源兆對本地區(qū)地下流體觀測影響很大，表現(xiàn)在異常的數(shù)量比較多，異常相對集中，種類比較豐富；場兆對本地區(qū)地下流體觀測影響相對較小，異常的數(shù)量較少，種類比較單一。

（2）源兆異常中，結(jié)合異常指標(biāo)和 “臨震”測項(xiàng)對未來地震地點(diǎn)（大致范圍）和時(shí)間（短期或臨震期）作出綜合判定。根據(jù)異常指標(biāo)區(qū)分源兆異常和場兆異常，如果是源兆異常，那么震中在200km范圍的可能性較大。在此基礎(chǔ)上結(jié)合 “臨震”測項(xiàng)對發(fā)震時(shí)間可以作出初步判定。

（3）水氡資料多次出現(xiàn)震后效應(yīng)可能是由場兆引起的異常。這種場兆異常大多是由于源兆應(yīng)力作用而導(dǎo)致，利用它預(yù)報(bào)近地點(diǎn)地震的可能性不大。

（4）我臺(tái)深井地下流體觀測項(xiàng)目捕捉地震短臨異常信息的能力很強(qiáng)，應(yīng)該對這種深井地下流體觀測多加保護(hù)，同時(shí)多布點(diǎn)、多增觀測項(xiàng)目。

本文主要是在分析研究盤錦地區(qū)地震前兆觀測項(xiàng)目基礎(chǔ)上編寫而成。由于手段單一、技術(shù)水平有限，結(jié)論難免帶有片面性和局限性，懇請各位專家和讀者批評指正。

［1］劉建光.盤錦高七井水溫前兆異常特征分析［J］.地震地磁觀測與研究，2009：30（6）：60－64.

［2］盧群.遼寧省地震監(jiān)測志［Z］.地震出版社，2004：482－499.

［3］盤錦市國土資源局.盤錦市礦產(chǎn)資源總體規(guī)劃（2001－2010）［R］.http：／／www.sxcoal.com ／coal／595537／articlenew.html.2001.

［4］鮮述東.盤錦地區(qū)水位觀測與石油開采關(guān)系分析［J］.地震地磁觀測與研究，2011：32（5）：94－99.