云南思茅大寨井水位地震同震響應(yīng)特征分析*

毛巍穎

(云南省地震局，云南 昆明 650224)

0 引言

井水位同震響應(yīng)現(xiàn)象已引起眾多學(xué)者的關(guān)注(付虹等，2002；晏銳，黃輔瓊，2009；車用太等，2014；劉成龍等，2009；陳玲等，2009；胡小靜等，2016；張立等，2016)，國內(nèi)外關(guān)于井水位的同震響應(yīng)研究，也取得了很多成果。Elkhoury等(2006)認為，井水位同震響應(yīng)主要有2種機制，即靜態(tài)應(yīng)變和動態(tài)應(yīng)變。靜態(tài)應(yīng)變是指地震發(fā)生過程中斷層滑動產(chǎn)生的應(yīng)變，其影響范圍較小，主要位于近場范圍(1～3倍斷層破裂尺度)；動態(tài)應(yīng)變是地震波傳播引起的應(yīng)變，它通過改變含水層介質(zhì)參數(shù)來引起同震水位變化，動態(tài)應(yīng)變的影響范圍較大(包括遠場范圍)。

針對我國大陸井水位觀測資料的研究也很多，如Zhang等(2016)利用遼寧阜新井研究了同震水位與體應(yīng)變之間的關(guān)系；Lai等(2016)研究了四川瀘沽湖井水位的同震響應(yīng)，認為滲透率變化是引起同震響應(yīng)的主要原因；Liao等(2015)研究了汶川8.0級地震引起的四川江油井水位同震響應(yīng)特征，認為大地震能打破隔水層是導(dǎo)致井水位同震大幅變化的主要原因。從以上研究可以看出，井水位的同震響應(yīng)是復(fù)雜的，所以不同的研究提出了不同的機理。以往學(xué)者更多去研究同震響應(yīng)特征和現(xiàn)象，對更深刻地認識水位的同震響應(yīng)無疑是有益的。思茅大寨井是云南記錄同震響應(yīng)最多的井，楊竹轉(zhuǎn)等(2005)對1990—2003年該井的階升現(xiàn)象進行研究，得到了一些有益的認識。2003年至今，該井附近又發(fā)生了多次5～6級地震，利用更長時間尺度的資料，對該井的同震響應(yīng)現(xiàn)象進行進一步認識和研究，增加研究樣本，提高資料的可信度。

1 觀測井概況和資料選取

1.1 井孔觀測概況

云南思茅大寨井位于普洱市思茅區(qū)依象盆地中偏南部NW向的依象逆斷裂上，其井孔構(gòu)造如圖1所示。該井于1984年1月開始水位觀測，動水位能記錄到井潮效應(yīng)及水震波，最大潮差2 cm，水位受降水干擾較大，具有雨季高、旱季低的動態(tài)特征(圖2)。

1.2 資料的選取和分析方法

本文選取1988—2017年(20°～30°N，97°～105°E)范圍內(nèi)M≥5.0地震共47個，其中5.0～5.9級38個，6.0～6.9級8個，7.0級以上級地震1個，以及大寨井附近200 km內(nèi)的4.0～4.9級地震共93個，查找這些地震是否引起思茅大寨井的同震響應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，筆者重新對1988—2017年該井記錄的觀測曲線出現(xiàn)的所有階變進行了識別，對這些階升，在排除降雨干擾后，將其與云南M≥4.0地震、全國M≥6.0地震和全球M≥7.0地震的發(fā)震時間進行對比，用時間的相關(guān)性來確認地震的同震響應(yīng)。

2 同震響應(yīng)特征分析

2.1 同震響應(yīng)特征

對1988—2017年思茅大寨井的水位資料進行全時段的分析，發(fā)現(xiàn)共出現(xiàn)同震響應(yīng)的階升27次(表1)，思茅大寨井對部分地震的同震響應(yīng)見圖3。

2.2 同震響應(yīng)特征分析

從表1可知，思茅大寨井水位所有的同震響應(yīng)均為階升，和楊竹轉(zhuǎn)等(2005)得到的結(jié)果完全一致。該井對4.0～4.9級地震有2次同震響應(yīng)，震中距分別是30 km和4 km。1988—2017年，距離大寨井5 km范圍內(nèi)共發(fā)生M≥3地震2次，其中1次有同震響應(yīng)的是2014年景洪4.6級地震，1次無同震響應(yīng)的是1988年思茅3.1級地震。目前的記錄表明思茅大寨井水位可能只對M≥4.0地震有同震響應(yīng)。距離大寨井5 km范圍內(nèi)的3～4級地震同震響應(yīng)率較高，而擴展到10 km以上的3～4級地震基本沒有同震響應(yīng)。

圖1 思茅大寨井井孔柱狀圖

Fig.1 The Geological profile map of Simao Dazhai Well

圖2 思茅大寨水位日均值曲線和月降雨量圖

Fig.2 The daily mean curve of water level of Simao Dazhai Station and monthly raining

圖3 思茅大寨井對部分地震同震響應(yīng)圖

序號震級范圍發(fā)震日期地名震級震中與觀測井距離/km同震階變幅度/m同震階變特征14.0^4.92014-01-28云南景洪4.6300.099上升24.0^4.92014-02-05云南思茅4.240.069上升35.0^5.91990-01-27云南雙江5.01200.025上升45.0^5.91997-01-30云南景洪5.6600.121上升55.0^5.92014-12-06云南景谷5.8900.064上升66.0^6.91992-04-23中緬邊境6.7,6.82000.132上升76.0^6.91993-01-27云南普洱6.3230.234上升86.0^6.92000-01-15云南姚安6.53000.02上升96.0^6.92007-05-16老撾6.62400.034上升106.0^6.92007-06-03云南普洱6.4360.473上升116.0^6.92014-10-07云南景谷6.61000.289上升127.0^7.91988-11-06云南瀾滄—耿馬7.6,7.21700.571上升137.0^7.91991-01-05緬甸曼德勒7.65600.106上升147.0^7.91995-07-12云南孟連西7.32000.251上升157.0^7.91996-02-03云南麗江7.05100.091上升167.0^7.92003-09-22緬甸7.26900.099上升177.0^7.92011-03-24緬甸7.22600.258上升187.0^7.92012-11-11緬甸7.05100.063上升198.0^8.92001-11-14昆侖山口西8.11 8400.398上升208.0^8.92004-12-26印度尼西亞8.72 1800.365上升218.0^8.92005-03-29印度尼西亞8.52 3000.115上升228.0^8.92007-09-12印度尼西亞8.53 0000.165上升238.0^8.92008-05-12四川汶川8.09500.277上升248.0^8.92012-04-11印度尼西亞8.62 4300.07上升258.0^8.92015-04-25尼泊爾8.11 7800.139上升269.02011-03-11日本9.04 3000.023上升

大寨井水位只對3次5.0～5.9級地震出現(xiàn)了同震響應(yīng)，其中包括2014年景谷6.6級地震的1次5.8級余震。出現(xiàn)同震響應(yīng)的地震中震中距最遠為120 km，而120 km范圍內(nèi)共發(fā)生5.0～5.9級地震14次，響應(yīng)率僅為21%。

對于6.0～6.9級地震，大寨井水位有同震響應(yīng)的地震震中距基本都在300 km范圍內(nèi)，且200 km范圍內(nèi)的地震響應(yīng)幅度較大，但響應(yīng)幅度與震級和震中距呈不完全線性相關(guān)。如：1993年和2007年的普洱6.3級和6.4級地震，震中距分別為23 km和36 km，后者的同震響應(yīng)階變幅度是前者的2倍，而2014年景谷的6.6級地震距離大寨井100 km，同震響應(yīng)階變幅度比1993年普洱6.3級地震高，似乎震級的因素更為重要。大寨井附近200 km內(nèi)，對1988—2017年發(fā)生的4組6.0～6.9級地震都有同震響應(yīng)，300 km范圍內(nèi)的7組6.0～6.9級地震中，只對1989年5月7日耿馬6.3級地震沒有同震響應(yīng)。300～500 km范圍內(nèi)，云南還先后發(fā)生了1995年武定6.5級、1998年寧蒗6.2級、2001年永勝6.0級，2003年大姚6.2級和6.1級、2009年姚安6.0級、2014年盈江6.1級、魯?shù)?.5級地震等，研究表明，大寨井水位對震中距大于300 km的6.0～6.9級地震基本沒有同震響應(yīng)，或響應(yīng)很微弱。

大寨井水位對7.0～7.9級地震的響應(yīng)范圍在700 km內(nèi)，記錄到最遠的有同震響應(yīng)的7.0～7.9級地震是2003年9月22日的緬甸7.2級地震，響應(yīng)幅度最大的是距離大寨井最近的1988年瀾滄—耿馬7.6，7.2級地震。但同震響應(yīng)的幅度與震級不是完全線性相關(guān)，如1995年孟連西7.3級地震震中距200 km，2011年的緬甸7.2級地震震中距260 km，緬甸7.2級地震震中距更大，但同震響應(yīng)階變幅度卻更大。同樣的，距離大寨井510 km的1996年麗江7.0級和2012年的緬甸7.0級地震相比，震級相同，震中距更大的麗江地震的同震響應(yīng)階變幅度更大?？傮w上，大寨井水位對300 km范圍內(nèi)的地震響應(yīng)幅度比300 km以上地震的大很多。

1988—2017年，大寨井水位同震響應(yīng)最遠的地震是2011年3月11日的日本9.0級地震，震中距為4 300 km。其對2 000 km以內(nèi)的8.0級地震和3 000 km內(nèi)的8.5級地震都有響應(yīng)，同樣的，同震階變幅度與震級和震中距不完全相關(guān)，如2005年3月印度尼西亞8.5級地震震中距2 300 km，同震階變幅度為0.115 m，2007年9月印度尼西亞8.5級地震震中距3 000 km，同震階變?yōu)?.165 m，震中距越大的同震階變幅度反而更大。

3 結(jié)論

研究地下流體同震響應(yīng)是揭示地殼介質(zhì)對應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)的最直接、有效的手段，其中，井水位的同震響應(yīng)較為復(fù)雜，不同的研究對象得到的響應(yīng)機理各不相同。本文選擇云南思茅大寨井30年的觀測數(shù)據(jù)，依照一定原則對觀測數(shù)據(jù)進行篩選、收集、分析，詳細研究不同震級、不同震中距的同震響應(yīng)特征。利用更多的數(shù)據(jù)資料分析該井的同震響應(yīng)現(xiàn)象，不僅可檢驗之前的研究結(jié)果，還可以提供更多的觀測事實，為減輕次生災(zāi)害提供基礎(chǔ)依據(jù)。通過統(tǒng)計分析該井水位同震變化趨勢，主要得到以下結(jié)論：

(1)1988—2017年，大寨井水位對26次地震有同震響應(yīng)，同震響應(yīng)階變特征均為階變上升，且該同震響應(yīng)模式不受震源機制、發(fā)震構(gòu)造等因素影響。

(2)在大寨井水位26次同震上升階變中，階變上升幅度達10 cm以上的共有15次地震。其中1988年11月6日云南瀾滄—耿馬7.6，7.2級地震對思茅井水位產(chǎn)生的同震階變幅度為57.1 cm，是大寨井記錄到的最大同震階變。地震震中距越小，同震響應(yīng)幅度也更大，但不完全是線性相關(guān)。

(3)大寨井水位對4級以上近震會出現(xiàn)明顯同震響應(yīng)現(xiàn)象。對于震中距大于2 000 km，且小于3 000 km的8.5級以上特大地震或巨震都會有同震響應(yīng)。

(4)大寨井水位對主震和強余震均可記錄到同震響應(yīng)。

(5)震中距對大寨井水位同震響應(yīng)有明顯影響。大寨井水位對云南地區(qū)甚至滇西南地區(qū)震中距大于30 km的4級以上地震一般不會出現(xiàn)同震響應(yīng)，但對震中距30 km范圍內(nèi)，特別是10 km范圍內(nèi)的3.0～4.0級地震都可能出現(xiàn)同震響應(yīng)。大寨井水位對滇西南地區(qū)部分5.0～5.9級地震有同震響應(yīng)，但響應(yīng)率相對較低，但對滇西南地區(qū)的6.0～6.9級地震響應(yīng)較為顯著，階變幅度可達10 cm以上，100 km內(nèi)的階變幅度均在20 cm以上。此外，大寨井水位對滇西南300 km內(nèi)的6.0～6.9級地震也可能出現(xiàn)同震響應(yīng)現(xiàn)象。

(6)可能引起大寨井水位出現(xiàn)同震響應(yīng)的相應(yīng)的震級所對應(yīng)的震中距分別為：5.0～5.9級地震對應(yīng)震中距120 km、6.0～6.9級地震對應(yīng)震中距300 km、7.0～7.0級地震對應(yīng)震中距600 km、8.0～8.9級地震對應(yīng)震中距3 000 km。

本文在撰寫過程中，得到云南省地震局付虹研究員、崔慶谷博士的悉心指導(dǎo)，在此表示衷心感謝！