地震地下流體實(shí)時(shí)監(jiān)測與地震預(yù)測論述

施建明

（云南省地震局元謀地震臺(tái)，云南 元謀651300）

1 引言

地球的地殼運(yùn)動(dòng)十分頻繁，并且?guī)r層內(nèi)部含有非常多的物質(zhì)，也就是地下流體，包括水、汽、油等。地震實(shí)則就是地殼運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生碰撞的劇烈反應(yīng)，會(huì)對(duì)地下流體產(chǎn)生很大影響，因此通過對(duì)地下流體進(jìn)行監(jiān)測可以有效地實(shí)現(xiàn)地震預(yù)測，及時(shí)警報(bào)地震信息，給予群眾更多的時(shí)間避難，從而降低地震帶來的負(fù)面影響。地震問題會(huì)給社會(huì)、家庭帶來巨大損失，幾十年來，我國地震局不斷加強(qiáng)地下流體監(jiān)測工作，通過對(duì)地下流體物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、動(dòng)態(tài)性特征展開監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)地震預(yù)報(bào)。地殼中的地下流體十分活躍，根據(jù)地下流體的性質(zhì)可以判定巖體的物理狀況，還可以實(shí)現(xiàn)變化與物質(zhì)遷移的目的。

2 地震地下流體實(shí)時(shí)監(jiān)測發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 觀測臺(tái)網(wǎng)

我國早在20世紀(jì)70年代末就已經(jīng)開始建設(shè)水位臺(tái)網(wǎng)，主要是由國家專業(yè)井網(wǎng)、地方群檢測性井網(wǎng)構(gòu)成。我國各個(gè)省市區(qū)都有井分布，覆蓋了全國35%以上的國土面積。根據(jù)地殼板塊分布情況，在國土內(nèi)地震活躍帶、斷裂帶等均要設(shè)置井網(wǎng)。井網(wǎng)井孔的50%與斷裂帶及其端點(diǎn)部位連接【1】。在含水層監(jiān)控中，井網(wǎng)井孔的觀測具有很強(qiáng)的封閉性能，因此不會(huì)受到外部環(huán)境的影響，信息傳遞更加及時(shí)也更加穩(wěn)定。大部分井網(wǎng)觀測含水層承壓都是96.8%，井網(wǎng)孔徑約為200mm，除了特殊地段，其余過水段都是采用裸孔。

2.2 觀測項(xiàng)目

地震地下流體實(shí)時(shí)監(jiān)測內(nèi)容非常多，并且每個(gè)項(xiàng)目參數(shù)都是重要的地震預(yù)測值，主要參數(shù)包括地下流體物理動(dòng)態(tài)、化學(xué)動(dòng)態(tài)、地?zé)釀?dòng)態(tài)、斷層土壤氣動(dòng)態(tài)、油氣井動(dòng)態(tài)。

1）物理動(dòng)態(tài)。主要有油氣水壓力、地下水位、井流量、氣壓、水文等。

2）化學(xué)動(dòng)態(tài)。主要有水質(zhì)、氣體、輔助觀測、其他觀測等。

3）地?zé)嵊^測。主要包括深井溫度、淺層溫度、泉水溫度、地表溫度等。

4）斷層氣觀測。主要有氮?dú)狻⒀鯕?、二氧化碳、甲烷、氫氣、氦氣等?/p>

5）油氣井動(dòng)態(tài)觀測。主要包括產(chǎn)油量、產(chǎn)氣量、油氣比、含水量、關(guān)井壓力等。

3 地震地下流體實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)分析

3.1 水位觀測儀

在地震地下流體物理動(dòng)態(tài)監(jiān)測中，水文觀測儀的應(yīng)用十分廣泛，可以細(xì)分為：機(jī)械式、機(jī)電式、電子式等。目前所采用的地下流體水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測設(shè)施多數(shù)都是國內(nèi)自主研發(fā)、生產(chǎn)的設(shè)備，在跟蹤流速、水位分辨率等方面都非常好，但偶爾也存在走時(shí)誤差問題【2】。

3.2 流量觀測儀

目前，地震臺(tái)主要使用的流量觀測儀有很多種，包括CWD-40型、TDL-M型、CZ-1002型和XSF-4型。

3.3 放射性氡測量儀

在地震地下流體水化學(xué)觀測當(dāng)中，氡是重點(diǎn)觀測對(duì)象之一，國內(nèi)共設(shè)置了700余座氡觀測臺(tái)，目前主要使用的觀測設(shè)備有FD-125型和FD-105型，為人工測量并讀數(shù)。主要使用的自動(dòng)化記錄觀測氡儀器包括LN-3綜合型、FD-128型、JZD-1自動(dòng)型和SD-1雙道自動(dòng)型。

3.4 水質(zhì)成分觀測

主流的水質(zhì)成分觀測方法主要有化學(xué)分析法、室內(nèi)測定法，目前主要使用的儀器有721型分光光度計(jì)和DDS-11A型。

3.5 溫度傳感器

常見的溫度傳感器主要包括金屬電阻溫度計(jì)、石英溫度傳感器。金屬電阻型在使用中穩(wěn)定性更好，該設(shè)備主要是用于地震洞體氣溫檢測，因此量程小。石英溫度傳感器主要借助石英晶體諧振頻率，隨著溫度變化會(huì)改變自身的特性，從而實(shí)現(xiàn)溫度測量。石英具有較高的靈敏度和較強(qiáng)的穩(wěn)定性，所以重復(fù)性使用價(jià)值更高。

4 地震地下流體實(shí)時(shí)監(jiān)測與地震預(yù)測的發(fā)展

近年來，地震臺(tái)不斷借助新技術(shù)改善地震地下流體監(jiān)測系統(tǒng)，旨在短時(shí)間內(nèi)完成地下水物理動(dòng)態(tài)、化學(xué)動(dòng)態(tài)、地?zé)崆д?、斷層氣的?shù)據(jù)檢測，更好地為地震地下流體檢測提供有效、及時(shí)的數(shù)據(jù)支持，提升監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性、穩(wěn)定性。并且要明確重點(diǎn)監(jiān)視區(qū)域，完善地下流體實(shí)時(shí)檢測體系【3】，為后續(xù)地下流體研究工作提供技術(shù)支撐。今后還要持續(xù)優(yōu)化地下流體實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)，主要發(fā)展目標(biāo)如下。

4.1 構(gòu)建多層次地下流體實(shí)時(shí)監(jiān)測體系

地下流體監(jiān)測作為一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，同時(shí)也是一個(gè)整體性系統(tǒng)工作，需要采用多種方法、多個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，以綜合性觀測為主，這樣除了可以提高單井使用率，還可以提高地下流體監(jiān)測、預(yù)警效能。進(jìn)一步發(fā)揮地下流體觀測臺(tái)的效益，從單一化觀測逐漸向綜合化觀測方向發(fā)展，并參與到地震預(yù)警多領(lǐng)域、多科學(xué)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)【4】。還需要進(jìn)一步加強(qiáng)傳輸臺(tái)體系建設(shè)工作。通過地下流體預(yù)測信息，在短臨預(yù)報(bào)中具有非常大的優(yōu)勢，在地震案例研究中也可以證實(shí)這一點(diǎn)，但真正有借鑒價(jià)值的資料較少，這是由于觀測資料在傳遞、產(chǎn)出、使用當(dāng)中所需時(shí)間周期很長。因此，在日后工作中要進(jìn)一步完善區(qū)域性傳輸臺(tái)建設(shè)工作，進(jìn)一步發(fā)揮地震檢測信息的使用價(jià)值。

4.2 完善地震觀測網(wǎng)，提高信息捕捉率

雖然我國對(duì)地震地下流體科學(xué)有一定累計(jì)，建設(shè)了地下流體觀測的地球物理場、化學(xué)場的地震觀測網(wǎng)和地震預(yù)測體系，但想要獲取更加詳細(xì)的物理過程、地球結(jié)構(gòu)信息，依然缺乏大量、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)支撐，對(duì)一些基本科學(xué)問題認(rèn)知不清。所以進(jìn)一步完善、發(fā)展地下流體觀測網(wǎng)是一項(xiàng)長期的基礎(chǔ)工作。

地震監(jiān)測預(yù)測實(shí)踐工作需要從多個(gè)方面著手，大體上包括技術(shù)、理論2方面，再加上新型計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的支持，地震地下流體觀測技術(shù)發(fā)展空間也非常大。如今，日本、美國、中亞各國都建設(shè)了地震預(yù)測實(shí)驗(yàn)室，展開了地下流體檢測工作。實(shí)驗(yàn)室布網(wǎng)都是以地震前兆為檢測目標(biāo)，雖然至今并沒有很多的成功試驗(yàn)成果，但在布網(wǎng)方面的經(jīng)驗(yàn)可以用作參考。全面加強(qiáng)觀測網(wǎng)體系完善工作，旨在提升觀測網(wǎng)對(duì)地震危害的評(píng)估能力，對(duì)于可能產(chǎn)生地震的地點(diǎn)、強(qiáng)度、類型等做出精準(zhǔn)判斷，還要對(duì)地震孕育過程展開前兆場、演化改變等做出精準(zhǔn)檢測【5】。

5 結(jié)語

綜上所述，地震作用下地下水流體會(huì)產(chǎn)生多種變化，因此實(shí)時(shí)監(jiān)測地下流體是地震預(yù)警的重要一環(huán)。近些年我國地震發(fā)生頻繁，地下流體實(shí)時(shí)監(jiān)測技術(shù)在長期發(fā)展中雖然取得了巨大成就，地下流體監(jiān)測能力、技術(shù)水平也十分突出，但依然存在不足，地震預(yù)測、預(yù)報(bào)實(shí)時(shí)性有待進(jìn)一步加強(qiáng)。這就需要針對(duì)地下流體現(xiàn)狀，構(gòu)建多層次地下流體實(shí)時(shí)監(jiān)測體系，完善地震觀測網(wǎng)，拓展實(shí)時(shí)監(jiān)測功能，提高監(jiān)測精準(zhǔn)性，為后續(xù)地震預(yù)測、警報(bào)提供信息支持。