寧夏海原臺(tái)甘鹽池井水位震例分析

王晨曦，程鵬圖，司學(xué)蕓

（寧夏回族自治區(qū)地震局，寧夏 銀川 750001）

0 引言

我國(guó)從70年代開(kāi)始地震地下流體觀測(cè)以來(lái)，已積累了大量水位作為地震前兆異常的實(shí)例，從趨勢(shì)異常、中期異常到短期異常、短臨異常各種類型［1-2］，寧夏地下流體臺(tái)網(wǎng)的觀測(cè)井資料，多開(kāi)始于上世紀(jì)八十年代，已積累了三十多年的資料，其中一些觀測(cè)穩(wěn)定、構(gòu)造條件好、干擾少的井點(diǎn)與周邊的中強(qiáng)以上地震有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，本文梳理了海原甘鹽池井水位的資料，得到了一些初步的結(jié)果并加以討論。

1 甘鹽池井概況

1.1 甘鹽池井地理、地質(zhì)構(gòu)造情況

甘鹽池井水位觀測(cè)井的，海拔高度為2018m，位于海原縣鹽池鄉(xiāng)唐坡村南，構(gòu)造上處在海原左旋走滑斷裂內(nèi)部的干鹽池拉分盆地中（圖1），地處1920年海原大地震的極震區(qū)，位于1920年海原81/2級(jí)大震形變帶的起點(diǎn)，即西華山北麓斷裂帶上。該井東面約1 km處有一鹽湖，現(xiàn)已干涸，其北面約500 m處有一村莊，觀測(cè)井周圍地勢(shì)開(kāi)闊，無(wú)明顯干擾因素影響。干鹽池盆地屬中帶大陸性季風(fēng)氣候類型，年降雨量在240 mm左右，年蒸發(fā)量達(dá)2000 mm左右，干燥度在3.5左右，年均氣溫在5～8℃，無(wú)霜期在180天左右，年日照時(shí)數(shù)在2200～2700 小時(shí)［3］。

圖1 甘鹽池井構(gòu)造位置及歷史地震圖Fig.1 Regional geological structure and the distribution of historical earthquakes of Gan yanchi

1.2 井孔概況

甘鹽池井1979年4月成井，成井深度306.73 m，套管下至165 m，觀測(cè)含水層為第四系盆地邊緣裂隙含水層，阻水底板為第四系粘沙土，阻水頂板為第四系粘沙土，觀測(cè)段在42.5 m以下（圖2）。

圖2 甘鹽池井井孔結(jié)構(gòu)柱狀圖Fig.2 Gan yanchi well drilling

1.3 井孔觀測(cè)系統(tǒng)概況

甘鹽池井從1983年6月1日至1984年4月23日，曾使用紅旗－1型水位自記儀，1984年4月24日后使用SW40－1型水位自記儀，1985年正式開(kāi)始觀測(cè)，已積累了33年的靜水位觀測(cè)資料。該井原屬地方地震部門水位微觀觀測(cè)井，2006年以前主要由海原縣地震局負(fù)責(zé)管理和觀測(cè)，固原市地震局、海原地震臺(tái)和寧夏地震局協(xié)助。具體由觀測(cè)井附近農(nóng)村一農(nóng)民觀測(cè)員觀測(cè)，每天8點(diǎn)校測(cè)，將24小時(shí)的整點(diǎn)值用電臺(tái)上報(bào)固原市地震局，固原市地震局再上報(bào)寧夏地震局。每月的觀測(cè)圖紙?jiān)鲁跤捎^測(cè)員上交海原縣地震局，海原縣地震局分析處理后，將整點(diǎn)值數(shù)據(jù)同時(shí)上交固原市地震局和寧夏地震局。其后因海原縣由固原市管轄劃歸中衛(wèi)市管轄，該井2006年后交由海原地震臺(tái)管理，觀測(cè)員不變。2007年5月經(jīng)過(guò)數(shù)字化改造開(kāi)始數(shù)字化觀測(cè)，使用LN-3A水位儀，除增加水溫測(cè)項(xiàng)外還配有氣溫、氣壓和降雨等輔助觀測(cè)項(xiàng)目，目前水位埋深約19.6 m。

2 水位的動(dòng)態(tài)特征分析

水位的正常動(dòng)態(tài)指無(wú)地震活動(dòng)時(shí)段的動(dòng)態(tài)，甘鹽池井水位自1984年觀測(cè)開(kāi)始呈現(xiàn)出明顯的夏高冬低的變化特征，每年3月水位最低，4月緩慢上升，8-9月達(dá)到最高值，10月又開(kāi)始下降，年變幅度10 cm左右（圖3）。

圖3 甘鹽池井水位日均值曲線Fig.3 The daily mean value curve of Ganyanchi well

3 震例分析

該井水位變化可分為2個(gè)階段，1999年之前有清晰的年變規(guī)律，而1999年之后大部分時(shí)間處于無(wú)年變且趨勢(shì)上升的狀態(tài)，而周圍的6級(jí)以上地震似乎也可以被分為2個(gè)狀態(tài)，1999年之前，距該井400 km范圍內(nèi)，只有1990年景泰發(fā)生了6.2級(jí)地震，而1999年之后這個(gè)范圍內(nèi)的6級(jí)以上地震活躍了很多（圖3）。

該井資料自1984年開(kāi)始積累，根據(jù)前人震例總結(jié)，該井水位變化與周圍5級(jí)以上地震沒(méi)有明顯對(duì)應(yīng)，但與6級(jí)以上地震存在一定對(duì)應(yīng)情況。表1統(tǒng)計(jì)了1985年以來(lái)，距甘鹽池井400 km范圍內(nèi)6級(jí)以上地震，2000年景泰5.9級(jí)地震距離該井很近，且震級(jí)接近6級(jí)算作一次事件；2017年九寨溝7.0級(jí)地震距該井420km，且震級(jí)較大，算作一次事件，汶川地震，因?yàn)檎鸺?jí)特別大，影響范圍大，雖然距該井較遠(yuǎn)，約660 km，也算作一次事件。統(tǒng)計(jì)后得到如下表格。

表1 1985年以來(lái)甘鹽池井周圍6級(jí)以上地震與井水位異常關(guān)系

該井水位資料自1984年開(kāi)始積累，1984年日均值基本持平，但存在階躍，1985—1986年表現(xiàn)出一定的夏高冬低的正常動(dòng)態(tài)，由于1986年8月26日門源6.5級(jí)地震發(fā)生（地震目錄為6.5級(jí)，公開(kāi)發(fā)表文章為6.4級(jí)）時(shí)，水位資料比較短，還無(wú)法確定1984年的變化是否屬于異常變化（圖4）。

圖4 甘鹽池井水位日均值曲線Fig.4 The daily mean value curve of Ganyanchi well

1990年年初水位變化打破年變規(guī)律，4月水位沒(méi)有出現(xiàn)往年的上升變化，當(dāng)年10月發(fā)生了甘肅景泰6.2級(jí)地震，至1991年恢復(fù)年變（圖 5）。

圖5 甘鹽池井水位日均值曲線Fig.5 The daily mean value curve of Ganyanchi well

1999—2007年3月，水位基本以持平和上升趨勢(shì)為主，2000年水位有小幅度恢復(fù)，在恢復(fù)過(guò)程中于2000年6月發(fā)生了甘肅景泰5.9級(jí)地震，之后繼續(xù)持平變化，2002年11月底至2006年6月該井水位一直呈上升趨勢(shì)，異常持續(xù)期間，2003年距該井410km發(fā)生了山丹民樂(lè)6.1級(jí)地震（圖6）。

圖6 甘鹽池井水位日均值曲線Fig.6 The daily mean value curve of Ganyanchi well

2007年4月至2009年5月水位恢復(fù)了正常的年變狀態(tài)，期間發(fā)生了汶川8.0級(jí)地震，分析人員認(rèn)為，在1999—2007年3月異常持續(xù)期間，寧夏及鄰區(qū)均未發(fā)生可以和此次異常相匹配的地震，井水位自2002年底出現(xiàn)的持續(xù)近4年的上升性異常可能與汶川地震前大范圍的應(yīng)力變化有關(guān)（圖6）。

2009年7月后該井水位出現(xiàn)了破年變異常，2011年開(kāi)始緩慢上升，在異常持續(xù)期間，約400 km范圍內(nèi)相繼發(fā)生了2013年7月22日岷縣漳縣6.6級(jí)地震、2016年1月21日門源6.4級(jí)地震和2017年8月8日九寨溝7.0級(jí)地震 （圖 7）。

圖7 甘鹽池井水位日均值曲線Fig.7 The daily mean value curve of Ganyanchi well

4 結(jié)論與討論

甘鹽池井所處位置是青藏塊體東北緣弧形構(gòu)造展布區(qū)，多條活動(dòng)斷裂分割山地和盆地，走向自西而東，由北西西或近東西逐漸過(guò)渡為北西、北北西，甚至近北南，海原斷裂帶是其中的一條主干活動(dòng)斷裂。該井構(gòu)造條件良好，干擾少，是寧夏南部觀測(cè)條件較好的觀測(cè)井之一。自1984年觀測(cè)以來(lái)，數(shù)據(jù)連續(xù)性好，存在明顯的年變規(guī)律，水位測(cè)值以1999年為分界點(diǎn)，之前和之后呈現(xiàn)出了兩種狀態(tài)，而這兩種狀態(tài)與周圍6級(jí)以上地震的活躍狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，即1999年之前周圍地震活動(dòng)較為平靜，井水位變化規(guī)律，1999年之后地震相對(duì)活躍，井水位變化以趨勢(shì)上升為主，這是否也反映了周圍應(yīng)力逐漸積累增加的過(guò)程，還需進(jìn)一步工作來(lái)驗(yàn)證。