青海流體臺網(wǎng)資料對2015年尼泊爾8.1級強震的同震響應(yīng)

李延京，沙成寧

(1.青海省海東市樂都地震臺，青海海東 810700； 2.青海省地震局，青海西寧 810001)

青海流體臺網(wǎng)資料對2015年尼泊爾8.1級強震的同震響應(yīng)

李延京1，沙成寧2*

(1.青海省海東市樂都地震臺，青海海東 810700； 2.青海省地震局，青海西寧 810001)

在2015年4月25日尼泊爾8.1級強地震前后，對青海流體臺網(wǎng)各井孔測項的觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，認(rèn)為玉樹、格爾木、共和水位和都蘭地溫觀測數(shù)據(jù)在震后記錄到同震變化，變化形態(tài)分為脈沖型和急升(降)緩降(升)兩種，應(yīng)為地震波引起的水震波或應(yīng)力狀態(tài)變化所致。并對水位、水溫發(fā)生同震變化的機(jī)理進(jìn)行探討。

流體臺網(wǎng)；水位；水溫；同震響應(yīng)

0 引 言

地下流體是地殼中最活躍的介質(zhì)，它能夠客觀、靈敏地反映地殼應(yīng)力、應(yīng)變信息。通過對一些強地震曾引起的同震變化的分析和研究認(rèn)為，同震效應(yīng)可能是揭示地殼介質(zhì)對應(yīng)力—應(yīng)變過程響應(yīng)最直接、最有效和最重要的途徑之一，而一些流體觀測手段，如深井水位觀測、水溫觀測方法，無疑是同震響應(yīng)變化最直接的觀測手段和研究方法。

近年來，許多專家對流體同震變化特征和機(jī)理進(jìn)行了多方面的研究。其中黃輔瓊等人統(tǒng)計分析了異常的變化過程及其空間分布特點認(rèn)為，為這種響應(yīng)異常的空間叢集區(qū)對未來地震危險區(qū)具有短期至中短期指示性意義[1]。廖麗霞等人將同震效應(yīng)時空展布特征結(jié)合福建區(qū)域同期發(fā)生的地震事件進(jìn)行分析，認(rèn)為震后階躍上升變化的水井水位可能包含有區(qū)域應(yīng)力場信息，水位階躍上升集中區(qū)可能是區(qū)域應(yīng)力相對集中區(qū)，對未來該區(qū)域發(fā)生較顯著的地震具有空間上的指示意義，可能就是未來的發(fā)震危險區(qū)[2]。

2015年4月25日，尼泊爾發(fā)生8.1級強震。地震發(fā)生后，青海流體臺網(wǎng)的部分臺項記錄到了明顯的同震變化。本文即對青海流體臺網(wǎng)記錄到的同震變化進(jìn)行總結(jié)、分析研究，并對同震變化產(chǎn)生的原因進(jìn)行一定的探討。

1 基本情況

1.1 臺網(wǎng)情況

青海流體臺網(wǎng)目前共有觀測井孔17個，其中，自流井5個，靜水位井7 個，無水井孔5個。這些井孔共安裝了數(shù)字化水溫儀15套，數(shù)字化水位儀5套，數(shù)字化氣氡儀7套(見表1)。井孔的分布情況見圖1。

1.2 儀器情況

青海流體臺網(wǎng)出現(xiàn)同震變化的測項是水位和水溫。

水位觀測采用的儀器有3種，分別是地殼應(yīng)力研究所研制的LN-3型數(shù)字式水位儀、SWY-Ⅱ型數(shù)字式水位儀和北京中科光大公司研制生產(chǎn)的ZKGD3000-N型地下流體監(jiān)測系統(tǒng)。3種儀器的最大分辨率均優(yōu)于1 mm。

水溫觀測采用的儀器是由地殼應(yīng)力研究所研制的SZW-1A數(shù)字式溫度計。儀器的分辨率為0.000 1℃。

圖1 青海流體觀測井孔分布(▲表示出現(xiàn)同震變化井孔，△表示未出現(xiàn)同震變化井孔)

表1 青海流體臺網(wǎng)井孔基本情況及同震變化情況統(tǒng)計

2 同震變化特征

從表1中可以看出，玉樹、格爾木和共和水位、都蘭水溫等幾個測項在尼泊爾8.1級地震發(fā)生后出現(xiàn)了同震變化。

2.1 玉樹水位

玉樹水位觀測井為靜水位井，位于巴顏喀拉塊體南緣的玉樹—甘孜斷裂，井深105 m，地層發(fā)育比較簡單；淺部3.60 m為人工填土和碎石土層；以下為基巖，巖性為花崗巖，有少量的原生和次生裂隙發(fā)育。地下水為花崗巖裂隙含水層中的承壓水。水位觀測儀器為SWY-Ⅱ型數(shù)字式水位儀。

2015年4月25日，玉樹水位在5.58 m的基值上，14時14分、14時16分出現(xiàn)0.001 m的小幅度變化，14時19分開始水位觀測值快速上升，19時49分達(dá)到最高值5.885 m，20時5分開始緩慢下降，到5月10日左右恢復(fù)至正常水平(見圖2)。

圖2 玉樹水位2015年4～5月觀測值曲線

2.2 格爾木水位

格爾木水位觀測井為自流井，位于柴達(dá)木盆地南部，庫—瑪斷裂帶北側(cè)，柴達(dá)木盆地南部的布爾汗布達(dá)山前的沖、洪積扇，烏圖美仁—察汗烏蘇第四系自流斜地區(qū)域內(nèi)。井深98 m。井上部為土黃色泥質(zhì)砂巖、黃綠色及土黃色亞泥土及粉砂細(xì)砂等，49.16 m以下為黃綠色泥質(zhì)礫石與砂礫石層。含水層為格爾木地區(qū)戈壁帶潛水及細(xì)土帶第Ⅱ含水層。井孔流量約為3 L/s。水位觀測儀器為2套，分別是LN-3型數(shù)字式水位儀和ZKGD3000-N型地下流體監(jiān)測系統(tǒng)。

格爾木LN-3A型水位儀觀測數(shù)據(jù)在2015年4月25日14時16分出現(xiàn)幅度為0.01 m的向下突跳，14時17分恢復(fù)正常變化(見圖3)。

格爾木ZKGD3000-N型水位儀觀測數(shù)據(jù)背景變化的幅度較大，約為0.003 m左右。2015年4月25日14時18分和14時22分，格爾木井水位在正常變化的背景下出現(xiàn)2次向下突跳，突跳幅度分別為0.004 m和0.007 m，之后恢復(fù)至正常變化水平(見圖4)。

圖4 格爾木LN-3A型水位儀2015年4月25日觀測分鐘值曲線

2.3 共和水位

共和水位觀測井為自流井，位于共和斷陷盆地內(nèi)，其北部為青海南山構(gòu)造帶，南部為河卡山斷裂帶。井深174.35 m。為第三系承壓水層中的自流水。在深度為105.6 m～113.5 m和141.9 m～149.5 m分別有2個含水層，2層水混合流量約為8.7 L/s，混合水位高出孔口約8.5 m。水位觀測儀器為SWY-Ⅱ型數(shù)字式水位儀。

共和水位背景變化的幅度約在0.01 m 。2015年4月25日14時23分，水位數(shù)據(jù)出現(xiàn)幅度為0.032 m的向上突跳(見圖5)。

圖5 共和水位2015年4月25日分鐘值曲線

2.4 都蘭水溫

都蘭水溫觀測井位于柴達(dá)木盆地一隅，在可可西里—巴顏喀拉、柴達(dá)木地震帶之間。井孔深105.3 m，其中0.50 m以上為粉土，上部夾有砂礫，0.50 m～44.80 m為角礫，44.80 m～105.30 m為坡積角礫。溫度探頭置深為100 m。水溫觀測儀器為SZW-1 A數(shù)字式溫度計。

2015年4月25日14時20分，都蘭水溫出現(xiàn)快速下降，到14時28分下降到最低值，下降幅度達(dá)0.002 8℃。14時31分開始回升，到16時13分基本恢復(fù)到下降前的水平，整個過程持續(xù)114分鐘(見圖6)。

除格爾木、共和、玉樹3個井孔的水位外，佐署水位也在地震之后發(fā)生小幅度突跳，但因該井孔水位觀測儀器在地震發(fā)生之前工作一直不穩(wěn)定，觀測數(shù)據(jù)經(jīng)常出現(xiàn)幅度和形態(tài)都與此類似的突跳，因此無法確定此次突跳是否為同震變化。

圖6 都蘭地溫2015年4月25日分鐘值曲線

3 綜合分析

綜合以上分析，在尼泊爾8.1級地震時，青海流體臺網(wǎng)共5個水位觀測井孔中，有3個井孔記錄到明顯的同震變化，占總井孔數(shù)的60%；16個地?zé)嵊^測井孔中僅有都蘭井孔記錄到明顯的同震變化，占總井孔數(shù)的6%。

青海流體臺網(wǎng)在這次強震時的同震變化形態(tài)主要有2種：一種是脈沖型，如格爾木水位和共和水位，同震變化波形都是1～2個單點突跳的脈沖；一種急升(降)緩降(升)，如玉樹水位的同震反應(yīng)是急升緩降，都蘭地溫是急降緩升。

從空間位置上看，尼泊爾地震時發(fā)生同震變化的井孔，玉樹井位于巴顏喀拉塊體的南緣，其他幾個井孔則位于塊體北側(cè)附近。由此分析，尼泊爾地震所帶來的能量釋放，對位于青藏高原的巴顏喀拉塊體產(chǎn)生的影響較大，使得塊體及其周邊區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)在地震波到來時發(fā)生了明顯的變化，從而引起較大范圍的流體同震反應(yīng)。

4 同震變化機(jī)理探討

脈沖型的同震反應(yīng)，應(yīng)該是地震波引起的水震波震蕩所導(dǎo)致的水位短時間變化。水震波的震動頻率要高于水位儀器的采樣率，導(dǎo)致水位儀無法完整記錄水震波的震蕩過程，僅能觀測到采樣時間點的瞬時變化。由于各井孔的情況以及震中距和方位不同，地震波所引發(fā)的水震波的震蕩過程也不相同，因而在采樣時間點所觀測到的同震變化形態(tài)也就不相同。如儀器在水震波震蕩在高值時觀測，所觀測的值就是向上的突跳，如在低值時觀測，則觀測值就是向下的突跳，這應(yīng)該就是格爾木井和共和井同震突跳變化方向完全相反的原因。

急升(降)緩降(升)型的同震反應(yīng)，不僅有水震波的作用，更由于地震波的到來，所攜帶的能量引起了當(dāng)?shù)貞?yīng)力場持續(xù)時間較長的明顯變化，應(yīng)力場的變化使得井孔附近巖石的孔隙率發(fā)生變化，地下水匯集通道和匯集方式發(fā)生了變化，從而使得水位發(fā)生了幅度明顯、持續(xù)時間較長的變化。另外，根據(jù)水溫同震響應(yīng)應(yīng)力加載模式，井附近的斷裂受壓力時，其孔隙率變小使含水層中的高溫水受擠壓而流入井中，使井水水溫與水位同步升高，反之受張應(yīng)力時水溫同步下降[3-4]。這種變化在震動過后應(yīng)力場逐漸恢復(fù)后也隨之恢復(fù)正常。

從水位和水溫同震變化的機(jī)理可以看，水位較水溫更易受水震波以及應(yīng)力變化的影響，這也是青海流體臺網(wǎng)大部分水位井孔出現(xiàn)同震變化，而水溫則很少出現(xiàn)變化的原因。

5 結(jié)論與討論

綜上所述，在2015年尼泊爾8.1級地震發(fā)生后，青海流體臺網(wǎng)中，水位測項多個井孔出現(xiàn)同震變化，水溫測項僅有都蘭一個井孔出現(xiàn)了同震變化。發(fā)生同震變化的井孔集中在巴顏喀拉塊體及其附近，表明此次地震對巴顏喀拉塊體的影響比較顯著。

尼泊爾地震在青海流體臺網(wǎng)各臺的同震變化形態(tài)和幅度的差異較大。這可能與各井孔的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造位置等不同有關(guān)，也可能與地震波的傳播路徑和距離等不同有關(guān)，需要在以后的研究中進(jìn)一步探討。

[1] 黃輔瓊，遲恭財，徐桂明，等．大陸地下流體對臺灣南投7.6級地震的響應(yīng)研究[J]．地震, 2000,20(增刊)：119-125.

[2] 廖麗霞，王玫玲，吳紹祖.福建省流體臺網(wǎng)井水位的同震效應(yīng)及其地震預(yù)測意義[J].地震學(xué)報,2009,31(4):432-441.

[3] 陳大慶，劉耀偉，楊選輝，等．遠(yuǎn)場大地震水位、水溫同震響應(yīng)及其機(jī)理研究[J]．地震地質(zhì)，2007，29(1):122-132.

[4] 陳順云，劉培洵，劉力強,等.蘆山地震前康定地溫變化現(xiàn)象[J].地震地質(zhì)，2013,35(3):634-640.

COSEISMIC RESPONSE OF QINGHAI FLUID NETWORK DATA

FOR NEPALMs 8.1 EARTHQUAKE IN 2015

LI Yanjing1，SHA Chengning2

(1.LeduSeismicStationInHaidongCity,QinghaiProvince,Ledu810700,China;2.EarthquakeAdministrationOfQinghaiProvince,Xining810001,China)

The data of every well in Qinghai fluid network are analyzed before and after NepalMs8.1 earthquake, the results show that water level observation data in Yushu, Golmud and Gonghe wells and the geothermal in Dulan well present the coseismic changes,and the change types are divided into pulse and rapid rise (drop)or slow down (rise), the seismic wave caused by shock or stress change caused by water.And the mechanism of coseismic changes in water level,water temperature are discussed in the paper.

Fluid network; Water level; Water geothermal; Coseismic response

2016-03-15

李延京(1970— )，男，青海樂都人，工程師，主要從事臺站管理工作。

*通訊作者：沙成寧(1975— )，男，青海西寧人，本科，工程師，主要從事地震臺網(wǎng)設(shè)計、建設(shè)及運行維護(hù)等。

P315.73

A

1005-586X(2016)04-0033-05