車用太 魚金子

（中國北京100029中國地震局地質研究所）

引言

我國地震地下流體觀測臺網(wǎng)建成近30年，已初具規(guī)模，在地震監(jiān)測預報研究中發(fā)揮了積極作用，但同時也暴露出一些問題，遠不能滿足當今防震減災的實際需求，更不能滿足深入進行地震預測理論與方法的科學探索的要求.為此，本文提出臺網(wǎng)的進一步調整與優(yōu)化問題.這些問題包括臺網(wǎng)的布設與規(guī)模及觀測項目的調整與優(yōu)化，觀測場地與觀測井（泉、點）建設的科學化，以及觀測技術的完善與提升等.這些問題的解決，無疑在現(xiàn)有的科學技術水平下，可最大限度地提升我國地下流體臺網(wǎng)的監(jiān)測預報效益，為我國防震減災事業(yè)與地震預測的科學探索提供更加有效的服務.

1 我國地震地下流體觀測臺網(wǎng)現(xiàn)狀

我國大陸地震地下流體觀測始于1966年3月邢臺MS7.2地震之后，由早期的群眾性觀測發(fā)展到專業(yè)化觀測，由早期的地方區(qū)域性觀測發(fā)展到20世紀80年代末的全國范圍內的成網(wǎng)觀測，之后又經歷多次改造、完善與提升，現(xiàn)已發(fā)展成為世界上規(guī)模最大、觀測效益較好的地震地下流體前兆臺網(wǎng).

截至目前，我國地下流體臺網(wǎng)已布設在31個省、市、自治區(qū)，地下水觀測井（泉）的總數(shù)達到638個（馮恩國等，2012），另有斷層氣體觀測點110個.另外，還在長江三峽地區(qū)與金沙江下游地區(qū)分別布設由8口與5口觀測井組成的水庫區(qū)誘發(fā)地震地下水觀測網(wǎng)，觀測井（泉、點）的總數(shù)為761個.全國地震地下流體觀測臺網(wǎng)現(xiàn)有觀測水位487項、水溫（含地溫）424項、氡（含水氡與氣氡）328項、汞（含水汞與氣汞）96項、其它（離子、溶解氣等）163項，測項總數(shù)為1 498項.

全國地震地下流體觀測臺網(wǎng)（以下簡稱臺網(wǎng)）主要測項為井水位、井水溫、氡與汞.臺網(wǎng)的觀測技術，“九五”之前基本上是人工取樣觀測或人工讀數(shù)觀測（俗稱模擬觀測），“九五”開始實現(xiàn)數(shù)字化觀測，“十五”開始實現(xiàn)網(wǎng)絡化觀測.目前，已實現(xiàn)數(shù)字化、網(wǎng)絡化觀測的比例為井水位觀測占70%，井水溫觀測占98%，數(shù)字化網(wǎng)絡化觀測氡（稱氣氡）約占42%，觀測汞（稱氣汞）約占73%.

臺網(wǎng)按財權與管理權分為國家網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)、地方網(wǎng)與企業(yè)網(wǎng)等4類，各類網(wǎng)屬下的觀測井（泉、點）數(shù)量的比例大體上分別為17.68%、10.61%、70.02%和1.70%.由此可見，我國地下流體觀測臺網(wǎng)以各縣、市、地區(qū)地震部門投資建設并管理的觀測井（泉、點）為主.

臺網(wǎng)運行有近30年歷史，其中有些井（泉）已連續(xù)觀測了40多年，個別觀測已近50年，積累了大量的歷史數(shù)據(jù).這些數(shù)據(jù)中含有豐富的地殼動力作用信息，特別是在井水位動態(tài)中含有地球固體潮、大氣壓力變化、地震波、前驅波、地表水體荷載作用、滑坡與泥石流作用、斷層蠕動等信息，為地球科學的研究提供了有價值的信息資源（車用太等，2006）.無論是哪一個測項，都在一些地震之前記錄到一定數(shù)量的疑似前兆的異常信息.據(jù)我國1966—1991年114個MS≥5.0震例統(tǒng)計，地震前后共識別出三大前兆學科異常共計898項，其中地下流體異常為469項，占52.3%（車用太等，2006）.據(jù)岳明生（2005）統(tǒng)計，1975—2001年間我國成功預報并產生減災實效的MS≥5.0地震24次，其中有15次地下流體臺網(wǎng)提供的異常信息在短臨預報中起到重要甚至決定性的作用.另外，不少次地震前曾根據(jù)地下流體異常提出過較好的短臨預測意見，例如1976年7月河北唐山MS7.8、1998年1月河北張北MS6.2、2000年1月云南姚安MS6.5等幾十次地震.由此可見，地震地下流體臺網(wǎng)在我國地震預報的科學探索與防震減災的實踐中發(fā)揮了舉足輕重的作用.

然而，幾十年的監(jiān)測實踐也反映了臺網(wǎng)的地震監(jiān)測預報的效能十分有限.據(jù)不完全統(tǒng)計（車用太等，2006），1975—1999年間我國大陸中東部地區(qū)（約105°E以東）發(fā)生MS5.0—5.9地震174次，其中僅預報了13次；發(fā)生MS6.0—6.9地震37次，其中僅預報了5次.尚有80%—90%的地震不能在震前提出明確的預報意見.這樣的現(xiàn)狀，說明臺網(wǎng)還存在多種多樣的問題與缺陷，亟待進一步調整與改造、優(yōu)化與提升.

2 臺網(wǎng)布局與規(guī)模及其優(yōu)化

我國地震地下流體臺網(wǎng)已布設在31個省、市、自治區(qū)，但其布局不盡合理，總體上中西部地區(qū)（105°E以西）多震、強震區(qū)觀測井（泉、點）少，而東部少震、弱震區(qū)觀測井（泉、點）多，具體統(tǒng)計如表1所示.

表1 我國地下流體觀測井（泉）數(shù)統(tǒng)計表（引自馮恩國等，2012）Table 1 Number of observation wells and springs of China（after Feng et al，2012）

我國地下流體觀測臺網(wǎng)的布局，是以各省、市、自治區(qū)區(qū)域臺網(wǎng)與其屬下的地方臺網(wǎng)為基礎構成的，缺乏全國“一盤棋”的考慮，沒有在一定的科學理論指導下作統(tǒng)一布設.近年來，我國活斷層研究取得了重要進展，已基本摸清活斷層的分布及其對強震活動的控制作用，新一代地震區(qū)劃圖也已問世.因此，新一代地下流體臺網(wǎng)的布設，要充分利用這些成果，增加現(xiàn)今活動斷裂帶（鄧起東等，2007）與地震動加速度大于等于0.15g（1g＝9.8 m／s2）的高烈度區(qū)（國家質量技術監(jiān)督局，2001）內的地下流體觀測井數(shù)量.本文建議以《中國大陸活動地塊劃分與強震分布圖》（張培震等，2003）為基礎，對現(xiàn)有的觀測井（泉）布局進行較大的調整，本著強化活動地塊邊界斷裂帶（強震活動帶）的觀測并兼顧活動地塊內部（地震活動弱的區(qū)域）觀測相結合的原則，通過對現(xiàn)有的觀測井（泉）進行篩選及新選或新建一批觀測井（泉），逐步改變現(xiàn)有的不夠科學的布局.

關于地震地下流體觀測網(wǎng)的規(guī)模問題，要從我國地震監(jiān)測預報的總體目標出發(fā)，即西部地區(qū)抓MS≥7.0地震，東部地區(qū)抓MS≥6.0地震，首都圈地區(qū)抓MS≥5.0破壞性地震，在這些地震前能夠作出一定程度的預報，實現(xiàn)減輕地震災害的目標.首先要考慮觀測井間距離（觀測井的密度），依此調整布局，確定規(guī)模.不同震級的地震孕育與發(fā)生過程中，孕震斷裂上的應力應變異常表現(xiàn)的范圍大小不同.依據(jù)我國震例研究提出的震級MS與孕震斷裂長度L（km）的關系MS＝3.3＋2.1lgL以及應力應變類前兆表現(xiàn)尺度R＝（2—3）L（km）（車用太，2002b），不同強度的地震前兆反應區(qū)的范圍大體上如表2所示.由此可見，在一定區(qū)域內要捕捉到一定震級的地震前兆異常信息，觀測井間距一定要小于表2中的井間距.例如西部地區(qū)井間距要小于140km，東部地區(qū)要小于50km，首都圈地區(qū)要小于15km.

表2 不同震級地震與前兆場顯現(xiàn)區(qū)和井間距的關系（引自車用太等，2006）Table 2 Relationship between different magnitude earthquakes and dimensions of its precursor field region，interval distance of wells（after Che et al，2006）

從地震監(jiān)測預報的需求出發(fā)，按上述理論計算結果，新疆阿爾泰、天山、阿爾金、昆侖山地震帶需布設40口觀測井（泉），西藏雅魯藏布江兩側（較發(fā)達地區(qū)）需布設20口，這樣100°E以西主要地震活動地區(qū)需布設60口井.100°E以東的廣大地區(qū)，欲監(jiān)測MS≥6.0地震的前兆異常則需布設540口井，其中南北地震帶的中南段（川滇）地區(qū)需布設240口井，南北帶的北段（甘寧）需布設90口井.首都圈地區(qū)，欲監(jiān)測MS≥5.0地震的前兆異常，則需布設200口觀測井.綜上，上述地區(qū)僅以地震前兆監(jiān)測為目的的觀測井數(shù)要達到800口；除此之外，為了推進地震科學研究與開展火山活動區(qū)、地熱異常區(qū)等特殊地區(qū)的監(jiān)測，還需另布設約200口觀測井.這樣，我國新一代地震地下流體觀測網(wǎng)中的觀測井（泉）總數(shù)宜控制在1 000口左右.顯然，現(xiàn)有臺網(wǎng)的規(guī)模需要擴大，新一代臺網(wǎng)較現(xiàn)有臺網(wǎng)，觀測井（泉）的總數(shù)要增加350口左右.

3 觀測井的質量及其優(yōu)化

新一代的觀測臺網(wǎng)建設，首先，無疑應以現(xiàn)有臺網(wǎng)為基礎，對其觀測井的硬件質量與軟件質量及其地震監(jiān)測能力等進行評估之后，進行篩選、改造、優(yōu)化而成為新一代觀測臺網(wǎng)的組成部分；其次，應繼續(xù)向非地震行業(yè)如地質、石油、冶金、煤炭、水利等部門請求協(xié)助，利用各部門提供的勘探井或廢棄井，經改造成為地震地下流體觀測井；最重要的是要新建一批地震地下流體觀測井.不管通過什么途徑選井或建井，都要嚴格保證有關規(guī)范與標準（國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會，2004；中國地震局，2006）中對觀測井質量的要求.觀測井的質量首先是“硬件”質量，即觀測井位、觀測含水層、觀測井結構及觀測環(huán)境質量（主要指各類干擾）等；其次是“軟件”質量，即相關的資料與參數(shù)應齊全而準確.對于已有的觀測井，要考察其動態(tài)特征及映震能力.其中，關系到觀測井質量的關鍵是井位、觀測井結構與觀測含水層及其地下水特性.

關于觀測井井位問題，要從兩個方面考慮：一是映震能力，二是干擾作用.映震能力，主要取決于井位與活動構造的關系，一般認為地震前兆異常信息來自孕震斷裂及與其有關的斷裂活動，因此要求觀測井的位置應位于活動斷裂帶上（部分供研究的井除外），井的位置距斷裂帶一般不超過10km，以5km以內為最好（車用太等，1999）.另外，考慮到地震前兆信息多與地殼某部分的應力集中與釋放有關，還要求井的位置應盡可能靠近應力易于集中的斷裂帶的端部和拐彎處或多條斷裂帶的交匯部位（車用太，魚金子，1992）.最常見的干擾有兩種，一是大氣降雨滲入補給，二是鄰井地下水開采，觀測井應盡可能遠離這類干擾源.觀測井距大氣降雨滲入補給區(qū)邊緣或地下水開采井的距離，在基巖地區(qū)一般要大于5km；在大型導水斷層與巖溶管道發(fā)育區(qū)要大于10km；在第四系松散層發(fā)育區(qū)，按觀測含水層的巖性類別，在細砂含水層區(qū)要大于1km，中細砂含水層區(qū)要大于2km，粗砂含水層區(qū)要大于3km，砂礫石含水層區(qū)要大于5km（車用太等，2006）.

關于觀測井結構問題，要重點考慮井深、井徑、套管、過水斷面類型、止水措施等（車用太等，2014）.對于井深的要求是，非自流井的深度一般要求大于200m，從現(xiàn)有的震例統(tǒng)計結果來看以500—1 000m為理想.對于井徑的要求是，內徑宜為100—200mm，最好是井孔全身不變徑，若不得不變徑時，變徑次數(shù)不宜超過3次.地下流體觀測井必須下設套管，下設的深度以完全封死非觀測層為原則.套管與原鉆井壁間的環(huán)狀間隙，一定要填充不透水材料嚴格止水，不允許非觀測層地下水沿此間隙流入井中.過水斷面的類型，依據(jù)觀測含水層的井壁巖體穩(wěn)定性而定，按其穩(wěn)定性從弱到強可分別選擇帶網(wǎng)的濾水管、一般濾水管與裸孔（不設濾水管）.此外，必須查明觀測井圍巖地層剖面、水理性質和導熱特性等，做到基本資料齊全.

關于觀測含水層及其地下水的物理化學特性問題，觀測含水層首先要考慮必須具有承壓性與封閉性，其次要弄清其分布，以及頂?shù)装甯羲?、厚度和滲透性等特性.觀測含水層地下水的物理化學特性主要指井水溫度、水化學類型、礦化度、pH值和Eh值等基本性質.

在水溫觀測井中，要測水溫梯度.在水文地球化學觀測井中，建議分層取樣測試，要弄清一個井孔中各類組分的垂向分布規(guī)律.在有條件的情況下，對觀測井進行井內地下水流速流向的探測，以掌握觀測井內水動力特性變化規(guī)律.

我國現(xiàn)有的地震地下流體觀測井多由非地震部門的勘探井篩選而來.由于各行業(yè)對鉆井的技術要求不盡一致而且建網(wǎng)時震情緊張、時間緊迫，加上條件有限，故被選入地震地下流體觀測網(wǎng)中的井常帶有不同程度的缺陷與不足.不僅其硬件條件不完全符合上述各項要求，而且大多缺少必要的基礎資料.大多數(shù)觀測井缺少重要的技術參數(shù)與相關資料，對產出的觀測數(shù)據(jù)難以作科學的分析，嚴重影響流體學科的發(fā)展以及數(shù)據(jù)在地震監(jiān)測預報中發(fā)揮更大的作用.因此，有必要對現(xiàn)有的觀測井，從硬件到軟件作一次全面的清理，對其存在的缺陷與不足予以彌補，如資料要齊全、準確，重點是對擬改造的井孔結構進行改造與補救，對先天不足無法補救的觀測井要予以淘汰.

對現(xiàn)有觀測井進行改造、補救和優(yōu)化的同時，對新篩選并入網(wǎng)的井，一定要按上述要求嚴格把關.對新建的井，從選井、設計與施工，都要嚴格要求、逐條落實，確保新一代地震地下流體觀測井質量達到優(yōu)秀水平，把我國地震地下流體觀測推入科學觀測的新時代.

觀測井的質量問題，歸根到底集中表現(xiàn)在其各項動態(tài)特征上.不管哪一個測項，若產出的各時間段的正常動態(tài)平穩(wěn)或有規(guī)律變化，干擾信息少，有用的地殼動力作用信息多，地震前兆現(xiàn)象明顯，就能在地震監(jiān)測預報與地球科學研究中發(fā)揮應有的作用.對現(xiàn)有的觀測井質量評估中，要考慮這些方面，對那些正常規(guī)律不清楚、有用信息少、對地震活動無響應的觀測井應予以淘汰.

4 觀測項目及其優(yōu)化

我國地震地下流體臺網(wǎng)現(xiàn)今的主要觀測項目為水位、水溫、氡（水氡與氣氡）和汞（水汞與氣汞）4大類6個測項.其它的測項，均尚未形成規(guī)模.這樣的狀況，與國外的情況也大體相似.但據(jù)作者多年的研究與關注，認為這樣的局面也應有所改變，故對測項發(fā)展與優(yōu)化方面提出如下建議：

1）建議在各測項都有發(fā)展的進程中，優(yōu)先發(fā)展物理量觀測.從理論上講，大多數(shù)地質學家和地球物理學家都認為，地震的孕育與發(fā)生過程，是以物理機制為主，受控于地殼中應力應變狀態(tài)的改變.因此，地震前兆信息，無疑是以物理異常信息為主.另一方面，從幾十年觀測實踐中看，盡管各類測項都積累了一定震例，但具有明確的地殼動力學響應意義的，如從地球固體潮、大氣壓力、地震波、地表荷載作用等的響應效果上看，井水位與井水溫，明顯優(yōu)于化學量的測項.全國已查明有潮汐效應的井水位觀測井超過200口（汪成民，1990），井水溫觀測井超過30口（馬玉川，2010），而氡與汞觀測井尚無1口.從2008年汶川地震的同震響應上看，全國有194口井水位與132口井水溫有響應，而氣氡的響應僅有1口泉（劉耀煒，2009）.

2）建議大力發(fā)展流量觀測.地下水是具有強烈流動性的介質，固體介質中發(fā)生的各種地殼動力過程（含地震孕育與發(fā)展過程）所產生的各種信息可通過水的流動由深部向淺部、由遠處向測量點傳遞過來，可靈敏地反映在水的流量上.因此，國內外有些研究人員多年來一直宣傳井（泉）水流量可能是地下水觀測中映震能力最強的測項（Koizumi，1989；萬迪堃等，1990；車用太，魚金子，1991）.我國現(xiàn)有的地下流體觀測網(wǎng)中有79個泉與94口自流井，其中約1／3的觀測井（泉）具有流量觀測的先天條件.然而，由于觀測技術不能滿足長期、連續(xù)、穩(wěn)定的地震前兆觀測要求，地下水流量觀測一直得不到推廣.近年來，我國流量觀測技術取得了一些重要進展，如引進電磁觀測技術、泉改井測水位觀測技術等，使推廣流量觀測得到了技術支撐（中國地震局，2012）.

3）建議大力發(fā)展斷層帶土壤氣觀測.我國地震地下流體觀測網(wǎng)目前以地下水觀測為主，而對地下氣體，尤其是對斷層帶土壤氣的觀測一直處于十分薄弱的狀態(tài).全國斷層氣觀測點僅100個左右（馮恩國等，2012），且多數(shù)觀測不正常，測項也較單一（CO2）.之所以提出這一建議，一方面由于目前我國地下水觀測多受當?shù)厣鐣洕焖侔l(fā)展影響，地下水開采干擾等日益嚴重，原有的正常動態(tài)遭到嚴重破壞，信噪比顯著下降，其地震前兆監(jiān)測能力明顯減弱，甚至已完全喪失；另一方面由于氣體動態(tài)不僅受人為干擾小，而且由于其質量輕，穿透能力與遷移能力強，更能把深部地震活動信息帶到地殼淺部來，其映震靈敏性要強于地下水.有限的斷層氣觀測已捕捉到一些信噪比很高的地震前兆信息，在地震監(jiān)測預報中發(fā)揮了重要作用（林元武等，1998）.大力發(fā)展斷層氣觀測，其更有利的條件是投資低，建一個斷層氣觀測點較建一個地下水觀測井（泉）的投資要低幾十倍，甚至上百倍，具備大面積快速發(fā)展的條件.因此可以考慮除了地下水觀測網(wǎng)、地熱（水溫）觀測網(wǎng)與水文地球化學觀測網(wǎng)外，再建一個斷層帶土壤氣觀測網(wǎng).在該觀測網(wǎng)中，觀測項目除了氡、汞外，還要增加H2、He與CO2的數(shù)字化觀測，這是因為H2與He都是質量最輕、穿透力與遷移性最強的氣體，而且與CO2一起富集在地殼多震層的頂部，對地殼中地震孕育與發(fā)生過程的反應可能最靈敏.斷層帶土壤氣觀測網(wǎng)的規(guī)?？煽紤]布設1 000個觀測點，重點布設在我國北方與西部基巖山區(qū).這類測項的數(shù)字化觀測技術正在研發(fā)之中，有望近幾年內得到推廣應用.

5 觀測模式及其優(yōu)化

目前我國地震地下流體觀測臺網(wǎng)中，觀測模式較為單一，即以一地一臺固定觀測為主，而一臺多項綜合觀測中現(xiàn)有的也不盡合理，遠不能滿足地震監(jiān)測預報研究的需要.例如，地震前觀測到的一些異常信息，不僅難以判定其前兆的可靠性，而且更難判定信息來自何處，如何傳遞或遷移來的，是在什么樣的條件下表現(xiàn)出來的，為什么信息的特征會是這樣或那樣等等，對很多現(xiàn)象不能作出科學解釋，使觀測帶有很大的盲目性，嚴重阻礙地震監(jiān)測預報學科的發(fā)展.為了改變這種觀測的盲目性，本文提出如下建議：

1）一臺多項觀測需進一步優(yōu)化組合.我國目前基本上實現(xiàn)了一井多項觀測，如非自流井中開展水位與水溫對比觀測，自流井中除了水位與水溫之外還進行氡與汞組合觀測，以及在泉水中進行水溫與氡、汞的組合觀測等.但這種組合觀測的臺站數(shù)量不多，組合的測項種類還不齊全；一井（泉）的組合觀測資料利用率還不夠高，觀測的效益也還不顯著.針對這種狀況，表3給出了一井多項組合觀測和優(yōu)化方案.

表3 一井（泉）地下流體多測項優(yōu)化組合觀測方案Table 3 Optimized combination scheme for multiple observation items of underground fluid in one well or spring

2）實現(xiàn)一地多井臺陣式觀測實驗.在全國多震強震活動區(qū)，如南北地震帶、天山地震帶、山西地震帶、河北平原地震帶、郯廬地震帶、東南沿海地震帶等，被選定為近期有破壞性地震發(fā)生的一、兩個地方開展一地多井臺陣式觀測實驗.這種臺陣布設首先是平面的（車用太等，2002a），也可以發(fā)展成立體式多層次對比觀測.平面式臺陣可以沿著斷層帶和垂直斷層帶走向布設，組成一個觀測場地，場地的地質－水文地質條件應相近，觀測井的結構相同，觀測的項目以井水位與井水溫為主，這樣觀測到的各種信息具有可比性.立體式多層次臺陣可套在平面式臺陣中，從平面式臺陣中選一、兩口觀測井為中心開展一井多層次立體化觀測，觀測項目以溫度為主，進行一口井內不同深度或不同條件下的多層次對比觀測.還可以進行單點水溫、地溫、氣溫等不同介質的溫度對比觀測，甚至地下、地面與高空（衛(wèi)星熱紅外）溫度的對比觀測等.臺陣式觀測的主要目標是探索前兆信息的形成、傳遞機制與條件，進一步推進地震地下流體監(jiān)測與預測的科學化.

3）專業(yè)固定臺站觀測與流動觀測、宏觀觀測相結合.不管我國地震地下流體觀測臺網(wǎng)加密到什么程度，布設得多么科學，在目前我國地震長期與中期監(jiān)測水平還較低的條件下，僅靠固定式專業(yè)臺站觀測是不能保證震前一定能夠捕捉到地震前兆信息，一定能夠實現(xiàn)短期或短臨地震預測的，因此必須要流動觀測與宏觀觀測相配套.我國的地震地下流體流動觀測，多年來一直處于“形式上存在，實際上無為”的狀態(tài).建議至少在新疆、云南、四川、首都圈等地震活躍與防震減災任務重的地區(qū)切實落實地下流體流動觀測.流動觀測的任務可分為平時與震時兩個不同時段來考慮，平時是觀測背景，震前是加密觀測，震后觀測是為震后趨勢判定提供服務.其中特別重要的是，平時的背景觀測要考慮到地下流體動態(tài)多有季節(jié)性變化的特點，按季節(jié)每年至少應觀測4次.地下流體的宏觀觀測是現(xiàn)有臺網(wǎng)的微觀觀測無法替代的，其優(yōu)勢在于觀測井（泉、點）的數(shù)量可遠遠多于微觀觀測井（泉、點），所觀測到的前兆異常信噪比往往特別高，因此是實現(xiàn)臨震預報不可缺少的環(huán)節(jié).地下流體宏觀異常出現(xiàn)的時間短，多為震前幾天甚至幾小時，因此宏觀觀測的主要任務是異常信息的及時匯總與分析，不僅要建立宏觀觀測點及觀測網(wǎng)，而且必須要建立暢通的通訊系統(tǒng)及分析預報系統(tǒng)，才能使宏觀觀測得到實效.

6 觀測技術及其優(yōu)化

我國地震地下流體觀測臺網(wǎng)中各測項的觀測技術正處在由模擬觀測向數(shù)字化網(wǎng)絡化觀測發(fā)展的過渡階段，目前處于模擬觀測與數(shù)字化網(wǎng)絡化觀測并存階段.本文主張化學量的模擬觀測與數(shù)字化網(wǎng)絡化觀測并存的局面尚需保持相當長的時段，不宜急于全面實現(xiàn)數(shù)字化網(wǎng)絡化觀測.這主要基于兩點考慮，一是有些測項，如氡與汞的模擬觀測與數(shù)字化網(wǎng)絡化觀測對象不完全相同，其產出的數(shù)據(jù)含義也不同.模擬觀測產出的主要是地下水溶解氣（可能含游離氣）中的氡濃度，而數(shù)字化觀測產出的主要是地下水中游離氣（含部分溶解氣）中的氡濃度，二者觀測的化學量是不完全相同的.例如一口熱水井（泉），水中水氡濃度可能不高，但氣氡濃度可能很高，兩個測值的差異很大，因此不能視為一個測項.水汞與氣汞也是如此.二是由于目前的數(shù)字化觀測技術尚不夠完善，所產出的觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)性、可靠性等方面還存在一些質疑.

目前模擬觀測技術存在的主要問題是儀器設備亟待更新?lián)Q代.現(xiàn)在臺網(wǎng)服役的儀器設備多是20世紀七八十年代的產品，不僅技術指標偏低，而且嚴重老化，多是“帶病服役”，越來越難以保證測值質量，甚至連繼續(xù)維持觀測都困難.其次，數(shù)字化觀測儀器的穩(wěn)定性較差，易遭雷擊，不能完全滿足長期、連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的運行要求（車用太等，2007）.其中穩(wěn)定性差，主要指水位儀與水溫儀多存在零飄，其長期穩(wěn)定性往往超過廠商給出的相關技術指標，而且運行中出現(xiàn)原因不明的單點或多點突跳、階升或階降等不合理的測值，嚴重影響觀測數(shù)據(jù)質量.同時，這些儀器還存在運行的故障率偏高，易遭受雷擊等缺陷，影響數(shù)據(jù)的完整性與連續(xù)性等.現(xiàn)有的氣氡與氣汞觀測除了儀器自身的問題外，還存在配套使用的脫氣－集氣裝置不合理與不夠科學的問題，至今仍缺少針對不同流量與不同溫度的井（泉）水設計與制作的標準裝置，存在不同井（泉）水的測值之間無可比性等問題.

數(shù)字化觀測技術中存在的另一個突出問題是現(xiàn)場校測或標定技術大多沒有得到解決.水位校測用“厘米”級的工具校測“毫米”級的儀器觀測，水溫觀測至今沒有現(xiàn)場校測，氡與汞現(xiàn)行的用“源”標定技術不符合我國現(xiàn)有相關法規(guī)要求，難以在面上推廣應用等.

數(shù)字化觀測技術中的問題，除了需有關廠商自身完善與提升各自儀器的性能與技術指標之外，還必須考慮在更高的層次上進行改革與完善.一是建議建立區(qū)域性的儀器維護管理中心，培養(yǎng)相關的技術隊伍，配備必要的備用儀器與充足的備用器件，盡快改變目前直接由廠商負責安裝、維護的被動局面；二是建議建設地下流體觀測技術研發(fā)基地，除了研發(fā)相關儀器設備之外，還需負責各類儀器技術指標與性能的檢測，承擔全局性的技術難題的攻關，如檢測與標定技術，進一步引進與研發(fā)更加適用于我國地震地下流體臺站觀測的新的觀測儀器，如氣氡儀、氣汞儀、測氫儀、測氦儀、二氧化碳測定儀等化學量觀測儀器，引領地下流體觀測技術的全面進步，確?，F(xiàn)有儀器產出數(shù)據(jù)的連續(xù)性、可靠性.

7 討論與結論

對目前我國地震地下流體觀測臺網(wǎng)可實施或可開始實施的調整與優(yōu)化的方案，本文提出如下建議：

1）臺網(wǎng)布局的大調整.以活動地塊理論為依據(jù)，對現(xiàn)有臺網(wǎng)進行大幅度的調整，把主要的觀測井（泉）布設在活動地塊的邊界活動斷裂帶上；重點加強對多震、強震活動區(qū)的監(jiān)測，把大量觀測井（泉）布設在南北地震帶與天山地震帶上，使這些地區(qū)地震前兆的監(jiān)測能力得到顯著提升.

2）臺網(wǎng)規(guī)模適當擴大.按照在西部地區(qū)（100°E以西地區(qū)）有效監(jiān)測MS≥7.0，東部地區(qū)有效監(jiān)測MS≥6.0，首都圈地區(qū)有效監(jiān)測MS≥5.0地震前兆的宏觀要求，根據(jù)地震震級－孕震斷裂長度－應力應變前兆顯現(xiàn)尺度關系粗略計算，我國大陸地震地下流體觀測井（泉）的總體數(shù)量應為1 000口左右，較現(xiàn)在的規(guī)模要增加350口.這些觀測井（泉）一是對現(xiàn)有觀測井（泉）進行清理、篩選、改造而成（估計占50%左右），二是對來自其它行業(yè)的勘探井或廢棄井進行廣泛調研與嚴格篩選并經改造而成（估計占10%—20%），三是要新建一批高質量的觀測井（泉）（約占30%—40%）.

3）大力提高觀測井的內在質量.我國現(xiàn)有觀測井無論硬件還是軟件質量都亟待提高，其突出的問題是井（泉）點位置不夠理想，觀測井結構不夠合理，觀測含水層質量不高及相關的資料不全，甚至缺少關鍵的技術參數(shù).無論是現(xiàn)有的觀測井，還是新選或新建的觀測井，都應全面符合相關規(guī)范或標準規(guī)定的技術要求，不符合要求或經改造仍達不到要求的觀測井應予以淘汰.

4）測項優(yōu)化與發(fā)展新的測項.地下水物理量與化學量觀測都要發(fā)展，但應優(yōu)先發(fā)展物理量觀測；大力發(fā)展井（泉）水流量觀測；積極開展地下氣，尤其開展以H2、He和CO2為主的斷層帶土壤氣觀測，建立一個具有中國特色的斷層帶土壤氣觀測網(wǎng).

5）觀測模式的優(yōu)化.一是以現(xiàn)有觀測井為基礎，根據(jù)各井的特點與條件，最大限度地利用觀測資源，科學而合理地優(yōu)化測項組合，提升一井多項物理化學觀測的技術水平與觀測效益；二是發(fā)展一地多井臺陣式觀測技術，在重點監(jiān)測區(qū)（近期強震危險區(qū)）內選擇孕震斷裂帶，開拓平面上多井臺陣式對比觀測和實現(xiàn)一井多層對比、一地水溫－地溫－氣溫對比和地下－地面－高空溫度對比觀測的多層次立體式臺陣觀測，開展地震前兆信息的生成、傳遞機理與條件的科學研究.

6）觀測技術的優(yōu)化.重點是對現(xiàn)有的數(shù)字化水位儀、水溫儀、氣氡儀與氣汞儀技術性能指標的完善與提高，解決現(xiàn)場校測與標定技術，建立儀器設備維護中心與研發(fā)基地.

經過上述的調整與優(yōu)化，將使我國的地震地下流體觀測臺網(wǎng)的面貌煥然一新，觀測走向科學化，觀測技術水平及地震監(jiān)測與預報效能得到顯著提高.

車用太，魚金子.1991.試論地下水流量觀測的重要性［J］.地震，（5）：74-77.

Che Y T，Yu J Z.1991.Exploratory discussion on importance of observation underground water flow［J］.Earthquake，（5）：74-77（in Chinese）.

車用太，魚金子.1992.地震地下水動態(tài)觀測井的質量評價方法初探［J］.地震，（1）：57-62.

Che Y T，Yu J Z.1992.Preliminary approach to quality-evaluation method of seismo-ground water observation wells［J］.Earthquake，（1）：57-62（in Chinese）.

車用太，魚金子，劉五洲，易立新.1999.張北－尚義地震的地下流體異常場及其成因分析［J］.地震學報，21（2）：194-201.

Che Y T，Yu J Z，Liu W Z，Yi L X.1999.The anomalous field of underground fluids related to the Zhangbei-Shangyi earthquake and cause of its formation［J］.Acta Seismologica Sinica，21（2）：194-201（in Chinese）.

車用太，魚金子，王廣才.2002a.關于前兆臺陣的概念及地下流體前兆臺陣建設的方案討論［J］.國際地震動態(tài)，（9）：1-5.

Che Y T，Yu J Z，Wang G C.2002a.On concept of precursor array and discussion on construction plan for precursor array of subsurface fluid［J］.Recent Developments in World Seismology，（9）：1-5（in Chinese）.

車用太，魚金子，劉五洲，易立新，徐峰，李介成，孫天林.2002b.三峽井網(wǎng)的布設與觀測井建設［J］.地震地質，24（3）：423-431.

Che Y T，Yu J Z，Liu W Z，Yi L X，Xu F，Li J C，Sun T L.2002b.Arrangement of well network and establishment of observation well at Three-Gorges of the Yangtze river［J］.Seismology and Geology，24（3）：423-431（in Chinese）.

車用太，魚金子等編著.2006.地震地下流體學［M］.北京：氣象出版社：240-242.

Che Y T，Yu J Z，et al ed.2006.Underground Fluids and Earthquake［M］.Beijing：Metrological Press：240-242（in Chinese）.

車用太，魚金子，劉成龍，翟彥忠，王建國，趙文忠.2007.京津冀地區(qū)地下流體數(shù)字化觀測數(shù)據(jù)完整率及其地震前兆監(jiān)測有效性的調查與分析［J］.國際地震動態(tài)，（4）：19-24.

Che Y T，Yu J Z，Liu C L，Zhai Y Z，Wang J G，Zhao W Z.2007.The investigation and analysis on data integrity rate and validity of subsurface fluids digital monitoring for seismic precursors in Beijing-Tianjin-Hebei region［J］.Recent Developments in World Seismology，（4）：19-24（in Chinese）.

車用太，魚金子，朱成英.2014.關于地震地下水觀測井建設的若干問題［J］.內陸地震，28（3）：195-201.

Che Y T，Yu J Z，Zhu C Y.2014.Some problems about contruction of earthquake-underground water observation well［J］.Inland Earthquake，28（3）：195-201（in Chinese）.

鄧起東，冉永康，楊曉平，閔偉，楚全芝.2007.中國活動構造圖（1∶400萬）［M］.北京：地震出版社：1.

Deng Q D，Ran Y K，Yang X P，Min W，Chu Q Z.2007.Map of Active Tectonics in China （1∶4000000）［M］.Beijing：Seismological Press：1（in Chinese）.

馮恩國，王華，車用太，劉成龍，王偉，陳其鋒，連邊凱，劉保華，李月強.2012.我國地震地下流體觀測現(xiàn)狀的調查與分析［J］.地震地磁觀測與研究，33（5／6）：202-207.

Feng E G，Wang H，Che Y T，Liu C L，Wang W，Chen Q F，Lian B K，Liu B H，Li Y Q.2012.Investigation and anal-ysis on the current observation status of the seismic underground fluid in China［J］.Seismological and Geomagnetic Observation and Research，33（5／6）：202-207（in Chinese）.

國家質量技術監(jiān)督局.2001.中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖（GB／T 18306—2001）［S］.北京：中國標準出版社：1.

General Administration of Quality Supervision of the People’s Republic of China.2001.Seismic Ground Motion Parameter Zonation Map of China （GB／T18306—2001）［S］.Beijing：China Standards Press：1（in Chinese）.

國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.2004.地震臺站觀測環(huán)境技術要求，第4部分：地下流體臺站（GB／T 19531.4—2004）［S］.北京：中國標準出版社：56-58.

General Administration of Quality Supervision，Inspection and Quarantine of the People’s Republic of China，Standardization Administration of the People’s Republic of China.2004.Technical Requirement for the Observational Environment of Seismic Stations，Part 4：Underground Fluid Observation （GB／T19531.4—2004）［S］.Beijing：China Standards Press：56-58（in Chinese）.

林元武，王基華，高松升.1998.北京及鄰近地區(qū)斷層氣CO2觀測與分析［G］∥地震危險性預測研究（1999年度）.北京：地震出版社：134-141.

Lin Y W，Wang J H，Gao S S.1998.Observation and analysis of fault gas CO2in Beijing and neighborhood region［G］∥Studies on the Prediction of Seismic Hazard （1999）.Beijing：Seismological Press：134-141（in Chinese）.

劉耀煒.2009.動力加載作用與地下水物理動態(tài)過程研究［D］.北京：中國地質大學（北京）：68-73.

Liu Y W.2009.Dynamic Loading and Physical Dynamics Process of Groundwater［D］.Beijing：China University of Geosciences（Beijing）：68-73（in Chinese）.

馬玉川.2010.井水溫度潮汐效應及其應變響應能力研究［D］.北京：中國地震局地殼應力研究所：13.

Ma Y C.2010.Tide Effect of Water Temperature in a Well and Its Capability of Response to Stress and Strain［D］.Beijing：Institute of Crustal Dynamics，China Earthquake Administration：13（in Chinese）.

萬迪堃，賈化周，董守玉，蘭秀英，黃保大.1990.馬17井映震能力與異常機理探討［G］∥地震預報方法實用化研究文集：水位水化專輯.北京：地震出版社：59-64.

Wan D K，Jia H Z，Dong S Y，Lan X Y，Huang B D.1990.A discussion on the capacity reflection earthquakes and the abnormal mechanism for water level in Ma 17well［G］∥Collected Works of Studies on Practicability of Earthquake Prediction Methods：Water Level and Hydrochemistry.Beijing：Seismological Press：59-64（in Chinese）.

汪成民主編.1990.中國地震地下水動態(tài)觀測網(wǎng)［M］.北京：地震出版社：40-44.

Wang C M eds-in-chief.1990.Well Networks for Earthquake Prediction in China［M］.Beijing：Seismological Press：40-44（in Chinese）.

岳明生.2005.地震預測研究發(fā)展戰(zhàn)略幾點思考［J］.國際地震動態(tài)，（5）：7-21.

Yue M S.2005.Thoughts about the strategy for the development of earthquake prediction［J］.Recent Developments in World Seismology，（5）：7-21（in Chinese）.

張培震，鄧起東，張國民，馬瑾，甘衛(wèi)軍，閔偉，毛鳳英，王琪.2003.中國大陸的強震活動與活動地塊［J］.中國科學：D輯，33（增刊）：12-20.

Zhang P Z，Deng Q D，Zhang G M，Ma J，Gan W J，Min W，Mao F Y，Wang Q.2003.Active tectonic blocks and strong earthquakes in the continent of China［J］.Science in China：Series D，46（S1）：13-24.

中國地震局.2006.地震臺站建設規(guī)范：地下流體臺站，第1部分：水位和水溫臺站（DB／T 20.1—2006）［S］.北京：地震出版社：2-4.

China Earthquake Administration.2006.Specification for the Construction of Seismic Station：Underground Fluid Station，Part 1：Water Level and Water Temperature Observatory （DB／T20.1—2006）［S］.Beijing：Seismological Press：2-4（in Chinese）.

中國地震局.2012.地震地下流體觀測方法，第3部分：井水與泉水流量觀測（DB／T 50—2012）［S］.北京：地震出版社：6-12.

China Earthquake Administration.2012.The Observation Methods of Seismic Underground Fluid，Part 3：Observation of Well and Spring Flow Rate （DB／T50—2012）［S］.Beijing：Seismological Press：6-12（in Chinese）.

Koizumi N.1989.Analysis of chemical composition and temperature of the groundwater having a flow rate fluctuation induced by earth tides［C］∥Proceedings of Japan-China（Taipei）：Joint Seminar on Natural Hazard Mitigation.67-76.