起衛(wèi)羅，曾慶堂，李宗興

(1.云南省地震局，云南 昆明 650224；2.云南省保山市地震局，云南 保山 678000)

0 引 言

地震地下流體前兆的映震機(jī)理中存在應(yīng)力—應(yīng)變的機(jī)理和應(yīng)力—滲流耦合機(jī)理，即在地殼應(yīng)力作用下地下流體滲流場狀態(tài)的變化引起的地下流體物理化學(xué)動態(tài)變化。震例與現(xiàn)場觀測證明井泉流量是映震靈敏的地下流體觀測項(xiàng)目之一，國內(nèi)外一些專家主張加強(qiáng)井泉流量觀測[1-3]。云南省地震局局屬部分有條件的專業(yè)臺站和地方局臺站于2016年陸續(xù)安裝了應(yīng)急管理部國家自然災(zāi)害防治研究院(原中國地震局地殼應(yīng)力研究所)研制的DLZ-1型四電極測量結(jié)構(gòu)電磁法流量儀[4],2018年11月9日在云南省保山市滇14井安裝了此型號流量儀。

滇14井流量投入觀測至今，周邊120 km范圍內(nèi)發(fā)生4.7～6.4級地震共3次，分別為2020年4月16日緬甸Ms5.8級地震、2021年5月13日11時(shí)保山市施甸縣Ms4.7級地震和5月21日21時(shí)48分34秒云南省大理州漾濞縣Ms6.4級地震。為了更好地使用滇14井水流量觀測資料，通過系統(tǒng)清理近年來該井流量觀測資料，歸納出井流量正常動態(tài)類型，排除各種干擾之后，發(fā)現(xiàn)井水流量在緬甸、施甸、漾濞等中強(qiáng)以上地震前井水流量短臨低值異常非常顯著。梳理總結(jié)出了滇西及滇緬交界地區(qū)中強(qiáng)地震前滇14井水流量觀測具有短臨異常特征，為地震預(yù)測研究與實(shí)踐積累了資料、奠定了基礎(chǔ)。

1 云南滇14井概況

1.1 滇14井水文地質(zhì)概況

滇14井位于云南省保山市隆陽區(qū)市地震局院內(nèi)，處于怒江及瀾滄江兩條深大斷裂帶中間。其構(gòu)造骨架，按構(gòu)造形跡劃分為“歹”字型構(gòu)造、徑向構(gòu)造、環(huán)狀構(gòu)造體系。其中屬“歹”字型構(gòu)造，展布于隆陽區(qū)東部，西界與徑向構(gòu)造之柯街?jǐn)嗔褞嘟?，東界延至臨滄，自西向東主要構(gòu)造形跡的昌寧斷裂帶、瀾滄江斷裂帶屬主干斷裂帶。滇14井地質(zhì)構(gòu)造圖見圖1。

圖1 滇14井周邊地質(zhì)構(gòu)造

圖2 漾濞地震與滇14井地理位置

1.2 滇14井概況

滇14井于2016年底開始打井，2017年5月成井，成井深度764 m，出口水溫46 ℃，出口流量0.15 L/s，井中逸出氣1.5 L/min。2017年8月開始試測水溫、水位，后陸續(xù)增加了氣氡、氣汞觀測。該井是一個綜合觀測井，到目前為止，已開展數(shù)字化水位、水溫、流量、氣氡、氣汞、氫、氦、CO2、氣象三要素和模擬水汞、pH值、F-離子觀測。

該井于2018年11月9日開始安裝使用應(yīng)急管理部國家自然災(zāi)害防治研究院(原中國地震局地殼應(yīng)力研究所)研制的DLZ-1型四電極測量結(jié)構(gòu)電磁法流量儀進(jìn)行流量觀測，該儀器解決了不同材料的管道中不同流量大小、不同觀測環(huán)境下的流量動態(tài)自動觀測技術(shù)，儀器采樣率為1 次/min，量程0～10 L/S，測量精度±0.5%。

2 滇14井流量的動態(tài)特征分析

2.1 流量的正常動態(tài)特征分析

滇14井流量自投入觀測以來儀器工作狀態(tài)正常無故障(2019年9月13日至10月15日因重新改造井口裝置，造成儀器停測缺數(shù))，干擾因素較少，儀器數(shù)據(jù)于2019年1月接入云南省局?jǐn)?shù)據(jù)庫進(jìn)行管理。流量正常背景值約為0.15 L/s左右，正常日動態(tài)為隨機(jī)起伏型，伴隨脈沖或階變，日變幅約0.002 4 L/s(圖3a)；月動態(tài)類型可歸納為起伏緩降型，月變幅約0.002 8 L/s(圖3b)；年動態(tài)可歸納為平穩(wěn)緩降型，年變幅約0.003 5 L/s(圖3c)。日變化幅度很小說明觀測含水層受外界影響較小，封閉性較好，數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠。

圖3 滇14井流量正常動態(tài)數(shù)據(jù)曲線

2.2 流量觀測數(shù)據(jù)異常特征

2020年4月11日06時(shí)至2020年4月16日06時(shí)，滇14井流量出現(xiàn)低值異常，2020年4月16日發(fā)生緬甸Ms5.8級地震，數(shù)據(jù)曲線形態(tài)見圖4a；2021年5月3日02時(shí)至5月8日3時(shí)滇14井流量又一次記錄到多個低值脈沖異常，隨后于5月13日11時(shí)42分36秒在保山市施甸縣發(fā)生Ms4.7級地震(圖4b)；5月15日0時(shí)至5月20日18時(shí)，再次記錄到低值異常形態(tài)，隨后于5月21日21時(shí)48分34秒在云南省大理州漾濞縣發(fā)生Ms6.4級地震(圖4b)。同井觀測的水溫、水位、氣氡、氣汞記錄數(shù)據(jù)，在此次地震過程中，沒有明顯的異常變化(圖5)。

圖4 滇14井流量異常曲線

圖5 流量與水位、水溫、氣汞、氣氡記錄對比曲線(20210415～20210610)

漾濞6.4級地震發(fā)生前，2021年5月3日02時(shí)至2021年5月8日3時(shí)滇14井流量儀記錄到多個低值脈沖異常數(shù)據(jù)形態(tài)，變化最大幅度0.012 L/s，是正常年變幅的342%，隨后于5月13日11時(shí)42分36秒在保山市施甸縣發(fā)生Ms4.7級地震；2021年 5月15日0時(shí)至2021年5月20日18時(shí)，又一次記錄到低值異常形態(tài)，變化最大幅度0.006 2 L/s，是正常年變幅的177%，隨后于5月21日21時(shí)48分34秒在云南省大理州漾濞縣發(fā)生Ms6.4級地震。類似異常形態(tài)還有2020年4月16日緬甸Ms5.8級地震發(fā)生前，2020年4月11日06時(shí)至2020年4月16日06時(shí)低值異常，變化最大幅度0.007 6 L/s，是正常年變幅的217%。三次異常均十分顯著，持續(xù)時(shí)間在5～11天左右，形態(tài)重現(xiàn)總體一致。

由表1可以看出，地下水流量動態(tài)的映震特征主要表現(xiàn)為短臨異常，異常變化幅度相對較大，異常時(shí)間出現(xiàn)在震前幾天至十幾天，短臨特征顯著。

表1 流量異常數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

該井同井觀測的水溫、水位、氣氡、氣汞記錄數(shù)據(jù)，在此次地震過程中，沒有明顯的異常變化。出現(xiàn)同井觀測的變化差異，可能是各測項(xiàng)本身對構(gòu)造應(yīng)力的敏感程度、儀器對異常信息的捕捉能力及傳感器安裝位置等因素造成。有學(xué)者在這方面的實(shí)驗(yàn)研究[5-8]也證明了地下水流量對地殼應(yīng)變的反映能力可能要比地下水位、水溫度、水化學(xué)組分等的反映能力強(qiáng)。

3 討論和結(jié)論

滇14井流量觀測清晰的記錄到緬甸、施甸、漾濞地震前的短臨異常形態(tài)，得到以下認(rèn)識：

(1)地下水動態(tài)前兆異常信息可能與含水巖體的微破裂發(fā)展有關(guān)。不同溫度與圍壓條件下巖石變形破壞的試驗(yàn)結(jié)果表明[9]，無論是巖石的屈服強(qiáng)度還是峰值強(qiáng)度都是隨著有效圍壓的增加而變大，隨著溫度的升高而變小。即溫度越高,有效圍壓越小，巖石越容易變形和破裂。滇14井是成井較深的自流井，水頭高度大于12 m，初始孔壓較大，在等深度的含水層中其有效圍壓變小。另外，該井的井口溫度值為45.0 ℃，屬高溫溫泉井，相對而言熱水層巖土比冷水層巖土更容易發(fā)生變形和破壞。據(jù)此從其巖土力學(xué)的機(jī)制上，對流量動態(tài)能夠靈敏反映地震的原因，得到了合理的解釋。

(2)從水動力學(xué)機(jī)制上講，由于該井的井口溫度值為45.0 ℃，屬高溫溫泉井，其粘滯性比非自流的冷水要小得多，所受到的運(yùn)動阻力也就相對減弱，相同的孔隙壓力作用下更容易在井孔—含水層之間發(fā)生流動，因而對于地殼內(nèi)部的孕震信息具有反應(yīng)靈敏、傳遞速度快等特點(diǎn)。另外，該井的井口逸出氣量是1.5 L/min，含氣量較大，比重輕，相等隙壓力變化下等效水柱高度偏大，因而流量的異常幅度較大、形態(tài)清晰、容易識別。

(3)從不同研究者在不同地區(qū)通過不同的途徑進(jìn)行試驗(yàn)觀測的結(jié)果都表明，地下水流量觀測無論是對地殼應(yīng)變的反映還是對地殼破裂的反映，都優(yōu)于地下水壓力與溫度的觀測，也優(yōu)于地下水化學(xué)組分的觀測。許多震例資料都充分表明，流量動態(tài)異常特征能較好的反映地震前的狀態(tài)，這是一種有可能捕捉到地震前短臨信息的預(yù)測方法。

由于目前井(泉)水流量連續(xù)自動觀測在云南還較少，附近地區(qū)并無臺站進(jìn)行流量觀測，因此無法作資料對比分析，異常信度還有待進(jìn)一步的資料積累來證實(shí)。