劉耀煒 任宏微* 張 磊 付 虹 孫小龍何德強(qiáng) 余懷忠 周志華 張國盟
1)中國地震局地殼應(yīng)力研究所,地殼動力學(xué)重點實驗室,北京 100085
2)中國地震局地球物理研究所,北京 100081
3)云南省地震局,昆明 650224
4)昭通市防震減災(zāi)局,昭通 657000
5)中國地震臺網(wǎng)中心,北京 100065
魯?shù)?.5級地震地下流體典型異常與前兆機(jī)理分析
劉耀煒1)任宏微1)*張磊1,2)付虹3)孫小龍1)何德強(qiáng)4)余懷忠5)周志華5)張國盟1)
1)中國地震局地殼應(yīng)力研究所,地殼動力學(xué)重點實驗室,北京100085
2)中國地震局地球物理研究所,北京100081
3)云南省地震局,昆明650224
4)昭通市防震減災(zāi)局,昭通657000
5)中國地震臺網(wǎng)中心,北京100065
基于川滇地區(qū)前兆臺網(wǎng)資料,結(jié)合異常現(xiàn)場核實工作結(jié)果,對魯?shù)?.5級地震前的地下流體異?,F(xiàn)象進(jìn)行了總結(jié)。遵循地震分析預(yù)報的基本思路,按照長期、中期、短期趨勢異常、臨震異常和宏觀異常闡述了魯?shù)?.5級地震前地下流體典型異?,F(xiàn)象。結(jié)果表明,長期和中期趨勢背景異常主要出現(xiàn)在距震中300~500km范圍,短期趨勢和臨震及宏觀異常集中于震中區(qū)100km范圍內(nèi)。這種流體異常特征反映了在較高密度的觀測點區(qū)域,可以觀測到流體活動加劇的前兆現(xiàn)象,有利于判定地震危險區(qū)和短期階段跟蹤分析。區(qū)域應(yīng)力加載作用可能引起的斷裂帶裂隙的開啟與閉合,導(dǎo)致溫泉和井水溫、深部氣體與承壓井水位的持續(xù)變化;水巖反應(yīng)加劇和地下水混合作用增強(qiáng),使地下水離子組分濃度發(fā)生變化,甚至導(dǎo)致顯著宏觀異常。在一定密度的前兆觀測地區(qū),能夠獲取用于判定地震危險性的前兆信息。
魯?shù)?.5級地震地下流體異常信息前兆機(jī)理地震科考
據(jù)中國地震臺網(wǎng),2014年8月3日16時30分(北京時間),在云南省昭通市魯?shù)榭h(27.1°N,103.3°E)發(fā)生MS6.5地震(以下簡稱魯?shù)榈卣穑T摯蔚卣鹪斐闪司薮蟮娜松韨龊拓敭a(chǎn)損失,引起了國內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注(張廣偉等,2014)。此次地震發(fā)生在中國地震局確定的2014年度6~7級地震危險區(qū)①中國地震臺網(wǎng)中心,2013,2014年度中國大陸地震趨勢研究報告。,同時滇東北地區(qū)也是地下流體學(xué)科2014年度震情跟蹤的重點地區(qū)②中國地震局地殼應(yīng)力研究所,2013,2014年度中國大陸地震趨勢研究報告。。因此,研究可能與該地震有關(guān)的異?,F(xiàn)象,對于積累震例、提高地震預(yù)測分析水平有重要意義。
地震前兆機(jī)理的研究表明,地震的孕育過程伴隨有地下水物理與化學(xué)參量和逸出氣體濃度的異常變化,地下流體異常對孕震區(qū)和外圍區(qū)介質(zhì)變化的響應(yīng)靈敏,與區(qū)域構(gòu)造活動關(guān)系密切(車用太等,1997;劉耀煒等,1999;Montgomery et al.,2003)。地下流體異常作為可靠的地震前兆,被國內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)可(張煒等,1988;Wang et al.,2010)。在中國地震監(jiān)測臺網(wǎng)中,地下流體觀測是開展最為廣泛的前兆測項之一,觀測項目主要包括氡濃度、汞濃度、井水位、井水溫度和泉水溫度、井水流量和泉水流量以及水化學(xué)離子組分、氣體組分等(劉耀煒,2006),積累了大量的前兆異常震例(蔣海昆等,2014)。盡管這些地震前兆異常的空間分布和時間演化比較復(fù)雜,但在觀測點密度相對較高的區(qū)域,可以獲得某些強(qiáng)震前顯著的異常信息,并對強(qiáng)震給出有一定減災(zāi)實效的預(yù)測意見(劉耀煒等,2008)。
魯?shù)榈卣鹬?,筆者于2014年2月赴滇東北地區(qū)進(jìn)行異?,F(xiàn)場核實,確定了麗江井水溫、會澤井水位、魯?shù)榉x子以及昭通井水位等一批信度較高的前兆異常,并將該地區(qū)作為震情危險區(qū)進(jìn)行異常跟蹤。魯?shù)榈卣鸢l(fā)生后,又分別于2014年8月下旬和10月初2次赴昭通、魯?shù)椤⑶杉?、大關(guān)及四川寧南等地開展現(xiàn)場考察工作,進(jìn)一步對顯著流體異常點進(jìn)行現(xiàn)場采樣、觀測與分析,旨在對這些典型地下流體異?,F(xiàn)象進(jìn)行分析和梳理,對可能的前兆機(jī)理進(jìn)行解釋,為總結(jié)魯?shù)榈卣鸬膹?qiáng)化跟蹤過程提供重要的觀測分析資料。
通過對川滇地區(qū)地下流體觀測數(shù)據(jù)的整理,按時間發(fā)展進(jìn)程把異常劃分為長期趨勢背景異常(震前5a以上)、中期趨勢背景異常(震前0.5~5a)、短期趨勢異常(震前1~6個月)和臨震異常(震前一個月內(nèi))(蔣海昆等,2014)并進(jìn)行了歸納。
文中總結(jié)的地下流體異常測項主要為井水位、井水溫度和泉水溫度、水氡、水汞、水化學(xué)離子和土壤氣CO2等。這些異常經(jīng)過了現(xiàn)場儀器檢查、觀測環(huán)境調(diào)研、標(biāo)準(zhǔn)校測等環(huán)節(jié),確認(rèn)了觀測資料的可靠性。其中井水位的校測誤差<5mm,井水溫度分辨率>1×10-3℃,泉水溫度精度>0.5℃,水氡濃度精度>0.1Bq/L,水汞濃度精度>0.01ng/L,水化學(xué)離子相對誤差<5%,土壤氣CO2相對誤差<10%。本文所列的異常數(shù)據(jù)均大于觀測誤差。
從圖1、表1和圖2中可以看出,截至2013年底,川滇地區(qū)的地下流體異常主要表現(xiàn)為長期和中期趨勢背景異常,異常測項有深循環(huán)溫泉水溫、井水位、水氡、pH值等,表明具有發(fā)生強(qiáng)震的背景。在震前6個月左右開始出現(xiàn)短期趨勢異常,集中分布在川滇交界東部和滇西地區(qū),主要是水化學(xué)離子(氟離子、鎂離子、鈣離子、碳酸氫根和硫酸根)、水汞、泉水溫、斷層氣CO2和井水位等,表現(xiàn)出強(qiáng)震孕育由中期向短期過渡的特點。在震前1個月左右開始出現(xiàn)如四川寧南葫蘆口斷層氣CO2、云南東川水位、巧家鈣離子、會澤井水位快速升高等臨震異常,均分布在川滇交界東部地區(qū)。震前20d內(nèi),位于魯?shù)榭h西南文屏鎮(zhèn)安閣村陸家龍?zhí)都棒數(shù)楹暧^震中的龍頭山鎮(zhèn)冒沙泉均出現(xiàn)了泉水嚴(yán)重渾濁的宏觀異?,F(xiàn)象。
2.1長期和中期趨勢背景異常
2.1.1深循環(huán)溫泉水溫異常
深循環(huán)溫泉水溫異常主要有四川的理塘、巴塘、康定二道橋、瀘定63泉等,這些觀測點對周邊強(qiáng)震響應(yīng)比較靈敏。譬如,理塘毛埡溫泉,是川西地區(qū)王牌前兆觀測點(李軍等,2005),位于川中地區(qū)理塘斷裂帶,為上升泉,巖性為石灰?guī)r、砂板巖和安山巖,泉水循環(huán)深度>1 500m,屬HCO3-Na型,水溫與降水、氣溫和氣壓的相關(guān)性較弱(李軍等,2005)。汶川地震后,理塘毛埡溫泉水溫一直處于趨勢下降態(tài)勢,但在周邊幾次中強(qiáng)以上地震前,均出現(xiàn)顯著的短期快速上升異常,如魯?shù)榈卣鹬暗?014年1月起,毛埡溫泉水溫出現(xiàn)快速上升異常,在異常轉(zhuǎn)折過程中發(fā)生了地震(圖3)。
圖1 魯?shù)榈卣鸬叵铝黧w異常分布圖Fig.1 Tectonic setting of Ludian MS6.5 earthquake and the fluid anomalies associated with it.
2.1.2井水溫度異常
井水溫度異常主要有云南麗江井水溫和尋甸井水溫。云南麗江觀測井,位于麗江象山腳下,處在紅河斷裂帶北端、麗江-劍川斷裂與中甸-大理斷裂的交會部,井深347.33m,主要含水層位于167.5~310m,為巖溶裂隙承壓水(云南省地震局,2005)。安裝SZW-1A型數(shù)字式溫度儀,水溫探頭放置在井下300m處。麗江自流井水溫于2011年起呈現(xiàn)出上升趨勢,在水溫上升過程中發(fā)生了如彝良5.7級地震、洱源5.5級地震和香格里拉5.9級地震等中強(qiáng)震。2014年井水溫又出現(xiàn)快速上升變化,在異常轉(zhuǎn)平過程中發(fā)生了魯?shù)?.5級地震(圖4)。麗江井水位和水溫對汶川8.0級地震和印尼8.5級地震的同震響應(yīng)顯著(楊躍文等,2010),在2007年寧洱6.4級地震前有顯著的臨震異常(劉耀煒等,2008)。尋甸井水溫于2010年5月開始有一快速上升過程,之后上升速率有所減緩,直至魯?shù)榈卣鸢l(fā)生均保持高水溫狀態(tài)。以上井水溫對動力加載作用敏感,溫度快速上升是與區(qū)域構(gòu)造活動增強(qiáng)過程關(guān)系密切的地震前兆異常。
表1 地下流體異?;咎卣鞅鞹able 1 Characteristics of the underground fluid anomalies
圖2 魯?shù)榈卣鹎暗叵铝黧w異常時間進(jìn)程圖Fig.2 Temporal evolution of the fluid anomalies from 2008 to 2014.
圖3 毛埡溫泉水溫曲線圖(圖中km數(shù)代表震中距,下同)Fig.3 Temperature variation of the Maoya spring.
圖4 麗江井水溫圖Fig.4 Temperature variation of Lijiang well.
2.1.3井水位高值異常
井水位高值異常主要有四川瀘州川13井水位和云南昭通臺井水位異常。瀘州川13井處在四川盆地內(nèi)NE向的中興場背斜的傾沒端,井深300.6m,觀測段21.5~152m,觀測含水層巖性為上古生代含鐵輝長巖及釩鈦磁礦,裂隙承壓水(四川省地震局,2004)。瀘州川13井水位則自2006年開始趨勢上升,到2008年汶川8.0級地震水位上升約1.2m,之后逐步下降,但6個月之后水位又持續(xù)上升(圖5),在魯?shù)榈卣鸢l(fā)生時仍處在高水位異常狀態(tài)。井水位連續(xù)上升形成的高水位異常,可以揭示區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力持續(xù)增強(qiáng)的狀態(tài)(蘭雙雙等,2010)。
圖5 瀘州井水位圖Fig.5 Water level variation of Luzhou well.
2.2短期趨勢異常與臨震異常
2.2.1CO2濃度異常
CO2異常主要有四川會東淌塘和寧南葫蘆口斷層氣CO2,兩處位于川滇交界的滇東北地區(qū)。四川會東淌塘斷層氣CO2自2014年5月后出現(xiàn)破年變低值異常,之后發(fā)生了魯?shù)?.5級地震(圖6a)。寧南葫蘆口斷層氣CO2含量于2014年7月下旬突升并達(dá)到自觀測以來的最高值,之后發(fā)生了魯?shù)?.5級地震,CO2含量于地震后8月11日轉(zhuǎn)折下降恢復(fù)(圖6b)。
圖6 斷層氣CO2含量圖Fig.6 Carbon dioxide emitted from the fault zone.
2.2.2水化學(xué)組分異常
水化學(xué)組分異常主要有云南魯?shù)榉x子、保山鎂離子和硫酸根、麗江鈣離子和碳酸氫根以及巧家鈣離子等異常。
魯?shù)榉x子觀測點為魯?shù)榇笃喝挥谡淹ǎ數(shù)閿嗔焉?,含水層巖性為二疊紀(jì)灰?guī)r,為古老民用飲水泉,常年水量變化不大,冬夏季水溫為9~12℃。使用PHS-3C型pH計配備PF-1型氟離子選擇電極和甘汞電極觀測。魯?shù)榉x子從2014年2月開始持續(xù)上升變化,最大異常幅度為0.17mg/L(圖7)。上升過程中發(fā)生了永善5.3級、永善5.0級和魯?shù)?.5級地震,于8月15日出現(xiàn)轉(zhuǎn)折恢復(fù)。
云南巧家水化觀測點位于巧家大龍?zhí)度幱谇杉遗璧刂胁恳詵|,小江斷裂北端,第四紀(jì)石灰?guī)r層出露,為巧家嬌頂山長距離補(bǔ)給,水量較大,水溫約17.5℃。魯?shù)榈卣鹬埃杉意}離子在2014年7月測值出現(xiàn)突升,為顯著的臨震異常(圖8)。
2.2.3井水位異常
云南昭通臺井水位、昭通昭陽一中井水位、東川井水位和會澤井水位表現(xiàn)出短期趨勢異常與臨震異常。
圖7 魯?shù)榉x子含量圖Fig.7 Variation of fluorine ion in the Ludian spring.
圖8 巧家鈣離子含量圖Fig.8 Variation of calcium ion in the Qiaojia spring.
昭通昭陽一中井井深404.13m,套管深度為403.83m,在108m及318.76~403.83m處設(shè)置濾水管,巖性為古近-新近紀(jì)砂礫巖,地下水類型為孔隙、裂隙承壓水,水位埋深約9m。該井水位基本不受地表降水干擾,周圍無注水、抽水井。該井水位在魯?shù)榈卣鹎?個月出現(xiàn)水位急劇升高,并持續(xù)近半個月,之后水位快速下降,并保持高水位異常狀態(tài)(圖9)。魯?shù)榈卣鸢l(fā)生后半個月,水位又一次加速上升,在高水位過程中,發(fā)生了景谷6.6級地震。昭陽一中自2011年新儀器安裝以來,水位一直平穩(wěn)變化,2014年6月出現(xiàn)的快速升高異常為觀測以來最突出的異常現(xiàn)象,因此信度較高。
圖9 昭陽一中井水位圖Fig.9 Water level variation in the well at Zhaoyang No.1 Middle School.
會澤井(滇01井)位于會澤縣娜姑鄉(xiāng),處于小江、則木河、篷峰三大斷裂的交會部位,井深103.15m,套管深度87.7m,水位埋深約30m,觀測含水層巖性為玄武巖,裂隙發(fā)育,水溫約16℃。該井水位2012年以來持續(xù)趨勢下降,在多次中強(qiáng)地震前井水位均表現(xiàn)出顯著的突升異常特征。會澤井水位在永善5.3級地震后從高水位狀態(tài)逐步下降恢復(fù),至2014年7月21日開始出現(xiàn)突然轉(zhuǎn)折加速上升變化,直到魯?shù)?.5級地震發(fā)生,井水位持續(xù)上升了0.59m(圖10)。對比歷史震例,該井水位快速上升異常均較好地對應(yīng)了本區(qū)或周邊地區(qū)中強(qiáng)以上地震,因此作為魯?shù)榈卣鸬呐R震異常信度較高。
圖10 會澤井水位圖Fig.10 Water level variation of Huize well.
2.3宏觀異常
魯?shù)榈卣鹎坝袃善鹜怀龅暮暧^異常。一處發(fā)生在魯?shù)榭h西南的文屏鎮(zhèn)安閣村陸家大龍?zhí)叮硪惶幇l(fā)生在魯?shù)?.5級地震宏觀震中區(qū)的龍頭山鎮(zhèn)冒沙泉,震前10多天均出現(xiàn)水渾濁異常現(xiàn)象。文屏鎮(zhèn)安閣村陸家大龍?zhí)段挥谒拿姝h(huán)山的小盆地中部,包谷垴-小河斷裂穿過該盆地。龍?zhí)睹娣e約120m2,深6m多,平時清澈見底,潭底可見氣泡冒出,是本地居民的自來水源。2014年7月20日出現(xiàn)渾濁,呈現(xiàn)米湯色,8月3日魯?shù)榈卣鸷笏|(zhì)逐漸恢復(fù)清澈,但在8月17日永善地震前再次渾濁,筆者8月28日、8月31日現(xiàn)場考察,目測的能見度僅為50cm(圖11)。10月5日筆者再次去陸家大龍?zhí)犊疾?,看到潭水已恢?fù)清澈見底狀態(tài)。而龍頭山鎮(zhèn)冒沙泉渾濁現(xiàn)象持續(xù)到9月底才消失。
魯?shù)?.5級地震前出現(xiàn)的各類地下流體異常,從空間分布和時間進(jìn)程演化特征來分析,均反映了構(gòu)造活動由區(qū)域強(qiáng)化向局部強(qiáng)化的過程(車用太等,1999)。這種狀態(tài)進(jìn)一步驗證了地震孕育過程中區(qū)域應(yīng)力加載作用和流體前兆響應(yīng)的密切關(guān)系。
3.1區(qū)域應(yīng)力加載作用
地下流體群體異常的演化過程與區(qū)域內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力活動水平有直接關(guān)系(劉耀煒等,1998)。川滇地區(qū)出現(xiàn)的深循環(huán)溫泉和井水溫趨勢異常,且準(zhǔn)同步加速上升,表明了區(qū)域應(yīng)力加載作用下的深部物質(zhì)活動及構(gòu)造活動持續(xù)加劇的特點(馬玉川等,2014)。
斷層氣CO2濃度能反映出測點周圍應(yīng)力狀態(tài)的變化。在中強(qiáng)震孕育過程中,應(yīng)力場的變化能引起巖石裂隙的開啟、閉合以及重新分布,而氣體主要通過裂隙逸出,構(gòu)造活動微小的調(diào)整將影響到CO2的逸出(楊竹轉(zhuǎn)等,2008;Zhou et al.,2010)。川滇交界地區(qū)CO2濃度整體上表現(xiàn)出大動態(tài)的異常變化,表明了該區(qū)域構(gòu)造活動造成巖石裂隙的開啟或閉合,促使地下CO2通過斷裂上升加速或減弱的過程,形成了斷層氣CO2濃度低值或高值異常。
昭陽一中井水的水化學(xué)成分結(jié)果表明,該井水主要是Na-HCO3型水,Na含量較高(242.3mg/L),總?cè)芙夤腆w濃度較高(TDS,701.6mg/L),井水處于封閉良好的承壓含水層,與地表水和大氣降水的水力聯(lián)系較弱。通常密封較好的承壓含水層,對地殼應(yīng)力變化較為靈敏(蘭雙雙等,2010),昭陽一中井地震前出現(xiàn)的水位升高現(xiàn)象與區(qū)域應(yīng)力加載作用有直接關(guān)系。
3.2流體活動作用
區(qū)域構(gòu)造活動使斷層封閉性改變,驅(qū)動流體的流動,使流體活動作用增強(qiáng),表現(xiàn)出地下水離子組分在震前發(fā)生濃度變化(Woith et al.,2013;Claesson et al.,2004)。引起水化學(xué)離子濃度變化的原因主要有兩種,一是前震與同震過程中含水層的壓裂,增加了地下水與新出露礦物的接觸,使水巖反應(yīng)能力增強(qiáng),水化學(xué)成分變化;二是地震引起含水層間滲透性增強(qiáng),致使化學(xué)性質(zhì)不同的地下水混合或者置換(Thomas,1988;Claesson et al.,2007)。
魯?shù)榈卣鹫鹬袇^(qū)出現(xiàn)的水化學(xué)組分短期與臨震異常,表現(xiàn)了不同層位流體活動或水巖反應(yīng)增強(qiáng)的前兆機(jī)理。一些相對弱的水巖作用或流體活動,通過儀器可以觀測到水化學(xué)離子組分濃度的異常變化。如果水巖作用劇烈或地下水混合作用增強(qiáng),甚至?xí)?dǎo)致顯著的水變色、變味等宏觀異常。比如魯?shù)辇堫^山鎮(zhèn)冒沙泉和陸家龍?zhí)段挥陂L距離地下水運(yùn)移的泄流區(qū),由于構(gòu)造活動疏通了徑流區(qū)巖層裂隙(唐彥東等,2013),破壞了原有的地下水補(bǔ)給排泄平衡條件,使處在泄流區(qū)的泉水更容易匯集不同補(bǔ)給源的物質(zhì),造成了泉水的渾濁現(xiàn)象,這種現(xiàn)象持續(xù)時間也比較長。
魯?shù)榈卣鸷?,筆者于2014年8月29日在龍頭山鎮(zhèn)進(jìn)行了跨地震破裂帶的土壤氣Rn、H2、CO2、CH4、H2S、O2等氣體測量。結(jié)果顯示,在魯?shù)榈卣鹬鲾鄬犹?,土壤氣氡的含量?.52× 105Bq/m3)明顯高于斷層兩側(cè)(約350m)(4個測點平均值為5.13×104Bq/m3),同時在地表破裂帶上觀測到H2濃度高達(dá)45ppm,而離開破裂帶的測點則沒有觀測到H2(濃度小于儀器檢出限1ppm),進(jìn)一步證明了強(qiáng)震的地表破裂帶上存在深部流體活動的信息(Zhou et al.,2010)。
(1)各階段地下流體異常時空演化特征,為有效識別地震危險區(qū)和提出臨震預(yù)測意見積累了經(jīng)驗。魯?shù)榈卣鸬叵铝黧w的長期和中期趨勢背景異常觀測點,絕大多數(shù)分布在距震中300~500km范圍,而群體性短期趨勢異常、臨震異常和宏觀異常,集中于震中區(qū)100km范圍內(nèi),突出的宏微觀地下流體異常出現(xiàn)則在震前10~20d。盡管這種特征與目前觀測點的密度有一定關(guān)系,但對于震例總結(jié)仍具有重要參考意義。
(2)顯著的地下流體異常揭示了川滇地區(qū)強(qiáng)烈的構(gòu)造活動特征。區(qū)域應(yīng)力加載作用導(dǎo)致了深循環(huán)溫泉和井水溫升高、深部氣體逸出和承壓含水層井水位的突升。流體活動的混合作用和強(qiáng)烈的水巖反應(yīng),造成了地下水離子組分濃度升高和泉水渾濁等顯著宏觀異?,F(xiàn)象。
(3)在川滇交界東部地區(qū),建設(shè)了一定密度的多測項地下流體觀測臺網(wǎng),因此能夠在魯?shù)?.5級地震前獲得較多的地震前兆信息。基于現(xiàn)場異常核實和地下流體異常信度分類的工作,排除可能的干擾因素,對提高強(qiáng)化震情跟蹤工作效能具有重要作用。
致謝云南省地震局高文斐提供相關(guān)資料。云南省地震局谷一山、高文斐,昭通市防震減災(zāi)局申玻、徐家金,巧家縣防震減災(zāi)局王向梅,涼山州防震減災(zāi)局段澤普、代放,以及相關(guān)市縣臺站工作人員一同參加了魯?shù)榈卣鸬叵铝黧w的科學(xué)考察工作,一并表示感謝。同時感謝審稿專家對本文提出的寶貴意見。
車用太,魚金子.1997.地下流體的源兆、場兆、遠(yuǎn)兆及其在地震預(yù)報中的意義[J].地震,17(3):283—289.
CHE Yong-tai,YU Jin-zi.1997.The focal precursors,field precursors and remote precursors of ground fluid before strong earthquakes and their significance in the earthquake prediction[J].Earthquake,17(3):283—289(in Chinese).
車用太,魚金子,劉五洲.1999.華北北部地區(qū)3次強(qiáng)震前地下流體異常場及其形成與演化機(jī)理[J].中國地震,15(2):139—150.
CHE Yong-tai,YU Jin-zi,LIU Wu-zhou.1999.Anomalous field of underground fluids and its mechanism of formation and evolution before three strong earthquakes in the northern region,North China[J].Earthquake Research in China,15(2):139—150(in Chinese).
李軍,黃圣睦,聞學(xué)澤.2005.理塘毛埡溫泉水溫異常研究[J].四川地震,3:10—16.
LI Jun,HUANG Sheng-mu,WEN Xue-ze.2005.Discussing the temperature abnormal changes of spring water in Maoya[J].Earthquake Research in Sichuan,3:10—16(in Chinese).
蔣海昆,付虹,楊馬陵,等.2014.中國震例[M].北京:地震出版社.
JIANG Hai-kun,F(xiàn)U Hong,YANG Ma-ling,et al.2014.Earthquake Cases in China[M].Seismological Press,Beijing(in Chinese).
蘭雙雙,遲寶明.2010.汶川地震近區(qū)深層井孔-含水層系統(tǒng)水位異常響應(yīng)研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),37(2):1—5.
LAN Shuang-shuang,CHI Bao-min.2010.Research on abnormal response of groundwater levels in deep wells in the near-field to the Wenchun earthquake[J].Hydrogeology&Engineering Geology,37(2):1—5(in Chinese).
劉耀煒.2006.中國地震地下流體科學(xué)40年探索歷程回顧[J].中國地震,22(3):222—235.
LIU Yao-wei.2006.Review of the research progress on the seismological science of underground fluid in China during last 40 years[J].Earthquake Research in China,22(3):222—235(in Chinese).
劉耀煒,范世宏,曹玲玲.1999.地下流體中短期異常與地震活動性指標(biāo)[J].地震,19(1):19—25.
LIU Yao-wei,F(xiàn)AN Shi-hong,CAO Ling-ling.1999.Relationship between the medium-short term anomalies of ground fluid and the seismicity parameter[J].Earthquake,19(1):19—25(in Chinese).
劉耀煒,孫小龍,王世芹,等.2008.井孔水溫異常與2007年寧洱6.4級地震關(guān)系分析[J].地震研究,31(4):347—353.
LIU Yao-wei,SUN Xiao-long,WANG Shi-qin,et al.2008.Relationship of bore-hole water temperature anomaly and the 2007 Ning’er M6.4 earthquake[J].Journal of Seismological Research,31(4):347—353(in Chinese).
劉耀煒,張元生.1998.共和7.0級地震前地下流體前兆的動態(tài)演化特征[J].西北地震學(xué)報,20(1):59—64.
LIU Yao-wei,ZHANG Yuan-sheng.1998.Dynamic evolution characteristics of ground fluid precursors before the Gonghe MS7.0 earthquake in 1990 in Qinghai Province[J].Northwestern Seismological Journal,20(1):59—64(in Chinese).
馬玉川,劉耀煒,馬未宇.2014.2011年日本MW9.0地震引起的環(huán)渤海地區(qū)井水溫度變化分析[J].地震,34(3):40—49.
MA Yu-chuan,LIU Yao-wei,MA Wei-yu.2014.Responses of water temperature in wells around Bohai area to the 2011 Japan MW9.0 earthquake[J].Earthquake,34(3):40—49(in Chinese).
四川省地震局.2004.四川省地震監(jiān)測志[M].成都:成都地圖出版社.
Sichuan Earthquake Administration.2004.Earthquake Monitoring of Sichuan Province[M].Chengdu Cartographic Publishing House,Chengdu(in Chinese).
唐彥東,劉春平,廖欣,等.2013.小江斷裂帶中段和南段井水位變化與形變分析[J].地震地質(zhì),35(3):
553—564.doi:10.3969/j.issn.0253-4967.2013.03.009.
TANG Yan-dong,LIU Chun-ping,LIAO Xin,et al.2013.Analysis of water level changes and deformation process of the middle and southern segments of Xiaojiang Fault[J].Seismology and Geology,35(3):553—564(in Chinese).
楊躍文,夏麗紅,褚金學(xué),等.2010.云南麗江井水位與水溫對印尼8.5級地震和汶川8.0級地震的同震響應(yīng)特征分析[J].防災(zāi)減災(zāi)學(xué)報,26(2)36—39.
YANG Yue-wen,XIA Li-hong,CHU Jin-xue,et al.2010.Analysis on coseismic responses of Lijiang well water level and water temperature to MS8.5 Sumatra and MS8.0 Wenchuan earthquakes[J].Journal of Disaster Prevention and Reduction,26(2):36—39(in Chinese).
楊竹轉(zhuǎn),鄧志輝,劉成龍,等.2008.2000—2006年懷來CO2變化特征分析[J].西北地震學(xué)報,30(3):288—292.
YANG Zhu-zhuan,DENG Zhi-hui,LIU Cheng-long,et al.2008.Analysis on change characteristic of CO2in Huailai,Hebei Province,during 2000—2006[J].Northwestern Seismological Journal,30(3):288—292(in Chinese).
云南省地震局.2005.云南省地震監(jiān)測志[M].北京:地震出版社.
Yunnan Earthquake Administration.2005.Earthquake Monitoring of Yunnan Province[M].Seismological Press,Beijing(in Chinese).
張廣偉,雷建設(shè),梁姍姍,等.2014.2014年8月3日云南魯?shù)镸S6.5地震序列重定位與震源機(jī)制研究[J].地球物理學(xué)報,57(9):3018—3027.
ZHANG Guang-wei,LEI Jian-she,LIANG Shan-shan,et al.2014.Relocations and focal mechanism solutions of the 3 August 2014 Ludian,Yunnan MS6.5 earthquake sequence[J].Chinese Journal of Geophysics,57(9):3018—3027(in Chinese).
張煒,王吉易,鄂秀滿,等.1988.水文地球化學(xué)預(yù)報地震的原理與方法[M].北京:教育科學(xué)出版社.
ZHANG Wei,WANG Ji-yi,E Xiu-man,et al.1988.Principles and Methods of Earthquake Prediction with Hydrogeochemical Methods[M].Educational Science Publishing House,Beijing.
Claesson L,Skelton A,Graham C,et al.2004.Hydrogeochemical changes before and after a major earthquake[J].Geology,32(8):641—644.
Claesson L,Skelton A,Graham C,et al.2007.The timescale and mechanisms of fault sealing and water-rock interaction after an earthquake[J].Geofluids,7:427—440.
Montgomery D R,Manga M.2003.Streamflow and water well responses to earthquakes[J].Science,30:2047—2049.
Thomas D.1988.Geochemical precursors to seismic activity[J].Pure and Applied Geophysics,126:241—266.
Wang C,Manga M.2010.Earthquakes and Water[M].Springer Berlin Heidelberg.
Woith H,Wang R,Maiwald U,et al.2013.On the origin of geochemical anomalies in groundwaters induced by the Adana 1998 earthquake[J].Chemical Geology,339:177—186.
Zhou X,Du J,Chen Z,et al.2010.Geochemistry of soil gas in the seismic fault zone produced by the Wenchuan MS8.0 earthquake,southwestern China[J].Geochemical Transactions,11:5.doi:10.1186/1467-4866-11-5.
Abstract
We summarized the fluid anomalies associated with the Ludian MS6.5 earthquake based on the Sichuan and Yunnan earthquake network observations and field survey.The fluid anomalies were divided into long-term,medium-term,short-term,imminent and macroscopic anomalies according to the basic principles of earthquake forecasting.The long-term and medium-term anomalies distributed mainly in the range 300~500km away from the epicenter.By contrast,the short term,imminent and macroscopic anomalies clustered in an epicentral distance less than 100km.The underground fluid anomalies in the higher station density area reflect the enhancement of fluid movement,which are conducive to determine the seismic risk area and trace the short-term precursor of earthquake.The regional stress variations may cause the fractures in a fault zone open and close,leading to the change of water level and temperature in boreholes or spring and emission of deep-sourced gases.It may also lead to intense water-rock reaction and groundwater intrusion,resulting in the change of ion contents in groundwater,or sometimes,the occurrence of significant macroscopic anomalies.Therefore,it is highly possible to obtain reliable earthquake precursor information for predicting the forthcoming earthquake risk zone in the region with dense observation stations.
UNDERGROUND FLUID ANOMALIES AND THE PRECURSOR MECHANISMS OF THE LUDIAN MS6.5 EARTHQUAKE
LIU Yao-wei1)REN Hong-wei1)ZHANG Lei1,2)FU Hong3)SUN Xiao-long1)HE De-qiang4)YU Huai-zhong5)ZHOU Zhi-hua5)ZHANG Guo-meng1)
1)Key Laboratory of Crustal Dynamics,Institute of Crustal Dynamics,China Earthquake Administration,Beijing100085,China
2)Institute of Geophysics,China Earthquake Administration,Beijing100081,China
3)Yunnan Earthquake Administration,Kunming650224,China
4)Zhaotong Earthquake Prevention and Disaster Reduction Administration,Zhaotong657000,China
5)China Earthquake Networks Center,Beijing100045,China
Ludian MS6.5 earthquake,underground fluid,anomaly information,precursor mechanism,earthquake survey
P315.72+3
A文獻(xiàn)標(biāo)識碼:0253-4967(2015)01-0307-12
10.3969/j.issn.0253-4967.2015.01.024
劉耀煒,男,1957年生,研究員,主要研究方向為地下流體動力學(xué)與地震監(jiān)測預(yù)報,電話:010-62911045,E-mail:liuyw20080512@126.com。
2014-11-03收稿,2015-01-23改回。
中國地震局“云南魯?shù)?.5級地震專題研究”項目資助。
任宏微,電話:010-62842631,E-mail:renhongweiwei@163.com。