山西鎮川流體觀測井水溫微動態分析

閆美蓉李文超劉 發高存英蘇燕紅王曉霞

1）中國山西037008大同中心地震臺

2）中國山西030025太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站

3）中國山西033000離石中心地震臺

山西鎮川流體觀測井水溫微動態分析

閆美蓉1），2）李文超1），2）劉 發1），2）高存英1），2）蘇燕紅1），2）王曉霞2），3）

1）中國山西037008大同中心地震臺

2）中國山西030025太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站

3）中國山西033000離石中心地震臺

鎮川井水溫動態觀測環境良好，從水溫正常變化規律揭示存在的干擾因素，探討水溫異常與近年日本海遠震的對應關系，發現該井水溫測項具有較好的映震能力，并判別2015年3月—6月的水溫異常是否干擾因素所致。

遠震；水溫；水溫異常

0 引言

水溫的微動態，一般指在地殼活動時段，由于含水層巖石的受力狀態發生變化而引起的井水溫度隨時間的變化（車用太等，1997）。這種變化量值較小，多在高精度水溫觀測中才可記錄到。鎮川井自1982年投入地下流體水位模擬觀測，2007年6月深層水溫、水位開展“十五”數字化觀測。觀測數據資料顯示，該井水位測項具有較好的映震能力，對于山西地區中強地震前兆異常具有不同程度的顯示，為地震短臨預報提供了重要依據。本文主要分析鎮川井水溫資料異常與日本遠震的對應關系，并判別2015年3—6月的水溫異常是否干擾因素所致。

1 鎮川井概述

鎮川井成井于1982年，位于大同市新榮區鎮川堡鄉鎮川堡村西萬泉河，北鄰內蒙古豐鎮市，東鄰大同市陽高縣，南接大同市區，交通不便。該井為自流冷水井，井深160.26 m。初始水頭高度9 m，含水層滲透系數為0.02 m·d-1，水化學類型為HCO3-Ca·Mg型，礦化度0.328 g·L-1，pH值為8，涌水量552 mL·s-1，目前平均自流量約13 mL·s-1，井水溫度背景值15.158℃。

鎮川井區西部為山區，廣泛出露太古界干群（Ars）片麻巖及中上新統（N1-2）玄武巖夾砂礫石層與黏土層；東部為丘陵，廣泛發育上新統（Q3pl-dl）黃土狀亞砂土與亞粘土，深部發育中、下更新統（Q1-2）灰綠色、淺紅色亞砂土、亞粘土、砂礫石層，局部夾有玄武巖、凝灰巖等；萬泉河由北向南流經中部，兩岸發育全新統（Q4）砂礫石。井區主要斷裂為NNE—SSW向口泉斷裂帶，走向NE10°，長約10 km，寬20—30 m，帶中有角礫巖、斷層泥、壓碎巖及硅化脈發育，張性裂隙與其斜交，具有張扭性，第四紀活動使其西部上升為山地，東部下沉為盆地。鎮川井孔柱狀示意見圖1。

鎮川井深層水溫2007年6月開展“十五”數字化觀測，觀測儀器采用SZW-1A型水溫儀，水溫探頭投放深度160.26 m，溫度梯度（間隔50 m）測量值見表1。

表1　鎮川井溫度梯度測量值Table 1 Temperature gradient measurements for Zhenchuan well

圖1　鎮川井井孔柱狀示意Fig.1 Columnar section for Zhenchuan well

2 正常動態特征

按照多年、年、月和日4個不同時間層次，分析鎮川井水溫2007年數字化以來觀測數據動態趨勢（圖2），以期得到無強震活動及無強干擾時段的井水溫度變化規律。

水溫年動態以月均值為基礎建立，繪制2007—2014年鎮川井水溫動態曲線，見圖2（a）。由圖2（a）可見，鎮川井水溫年動態曲線呈上升趨勢，每年上升幅度略有不同，年升幅0.01℃—0.036℃，2007—2015年共上升0.145℃以上。

水溫月動態以日均值為基礎建立，在此繪制2011年1—12月水溫日均值曲線，見圖2（b）。由該圖可見，鎮川井水溫月動態呈上升型，月變幅一般為0.000 6℃—0.036 4℃。

水溫日動態以整點值為基礎建立，在此繪制2015年8月18日—25日水溫整點值曲線，見圖2（c）。由該圖可見，水溫呈脈沖狀微量起伏，日變幅0.000 2℃—0.009 0℃，背景值平穩，但井水溫度潮汐形態不如井水位潮汐完美，可能與溫度計的工作原理有關。

圖2　鎮川井水溫正常動態（a）年動態（2007年6月—2014年6月）；（b）月動態（2011年1—12月）；（c）日動態（2015年8月18日—25日）Fig.2 Normal dynamic water temperature for Zhenchuan well

由鎮川井水溫多年正常動態曲線（圖2）可知，鎮川井水溫呈緩慢上升趨勢，究其原因為：井水含水層承壓力逐步減弱，致使水井單位泄流量（井水的排泄速度）不斷減小，相應的散發熱量減少，由此測得的水溫數值逐年升高。

3 井水溫異常與地震對應關系

水溫的地震前兆異常特征一般為：異常多出現在震前幾天至幾十天時間段內，為短臨異常（王芳，2012）；異常幅度大，一般為正常起伏度的幾至幾十倍，異常顯著且易識別，在地震短臨監測中具有一定優勢（舒優良，2003）。

3.1 映震效果

選取2007—2015年鎮川井水溫觀測數據進行分析，統計發現，2007—2009年數據比較平穩，自2010年以來出現6次異常，且與日本海7級以上地震具有較好的對應關系（表2）。2010年以來，日本海共發生9次7級以上地震（不含2011年3月11日日本本州東海岸附近海域9級主震的前震和余震），其中7次地震在鎮川井水溫異常結束前6天至異常結束后139天發震，只有2次地震前無異常反映，對應率77.8%，見圖3和表2。由此可知，鎮川井水溫異常對遠震具有較好的映震效果。

圖3　鎮川井水溫2010—2015年日均值曲線Fig.3 Daily mean temperature for Zhenchuan well from the year 2010 to 2015

表2　鎮川井水溫異常和日本海地震關系統計Table 2 Statistics of the relationship between the earthquakes in Japan Sea and the temperature anomalies of Zhenchuan well

圖4　2015年鎮川井水溫分鐘值曲線Fig.4 The water temperature minute value for Zhenchuan well in 2015

3.2 震例

在2015年3月28日—6月6日，鎮川流體觀測井水溫多次出現下降—上升過程，變幅達0.009℃（圖4），為此進行現場排查。對觀測系統工作狀態及水溫探頭進行檢查，發現系統工作正常；檢查泄流口并測量流量，排除泄流口堵塞及流量變化對水溫變化的影響；由于之前存在供電電壓不穩造成的水溫突升變化的情況，因此懷疑為交流供電導致的異常變化，在5月10日更換為電瓶連續直流供電后，突跳變化仍然持續；調查觀測井周圍環境，發現近期無新井投入使用，舊井未重新開啟，也無大量抽水，說明鎮川井水溫此次異常變化受地下水開采影響較小，懷疑為地震前兆異常。

由圖4可見，3月28日13時16分水溫數據開始快速上升，至22時15分，共上升0.009℃（正常日變化幅度約0.000 2℃）；之后上升速度變緩，至5月2日11時04分上升幅度達最大值，為0.026 4℃，19時21分開始轉折下降；之后在高值過程中頻繁出現小幅突升、突降變化，直至5月30日發生日本小笠原7.7級地震，6月4日曲線恢復正常，水溫值略高于背景值，說明鎮川井水溫觀測對日本遠大震具有較好的映震效果。

4 結束語

綜上所述，鎮川井水溫表現為多年、年、月、日動態的緩升和平穩特征，有利于地震前兆異常識別。鎮川井水溫異常變化對日本遠大震映震效果較好，主要表現為：該井水溫異常結束前6天至異常結束后139天，在井震距2 300 km到3 300 km的日本海區域發生7級以上地震。由于地震前長周期波通過上地幔或軟流層傳播，間接導致地下流體溫度發生微小變化，被高精度測溫儀器記錄下來，但為什么鎮川井水溫只是記錄特定的日本海區域大震而非其他地區，遠震和井水溫的影響關系等地震預報科學難題，尚需不斷研究探索。

車用太，魚金子，劉五洲.地下流體的源兆、場兆與遠兆及其在地震預報中的意義［J］.地震，1997，17（3）：283-289.

山西省地震局.山西省地震監測志［M］.北京：地震出版社，2005.

舒優良，張世民.周至深井水震波數字化記錄與地震波記錄的對比研究［J］.地震地磁觀測與研究，2003，24（5）：26-31.

王芳，黃輔瓊.安溪一號井水位的同震階變響應特征［J］.地震地磁觀測與研究，2012，33（5）：169-177.

張培仁，王基華，劉成龍，等.北京太平莊井地下流體綜合觀測及映震靈敏性初析//國家地震局地質研究所.地震監測預報的新思路與新方法［C］.北京：地震出版社，1997：83-92.

Abstract

It is great that the observed environment of water temperature of Zhenchuan well.Based on the normal change of water temperature，the interference factor would be revealed.Through exploring the relationship between the anomaly in water temperature and teleseism of Japan Sea，the author found the observation projects for water temperature have a good ability in reflecting earthquake.The author mainly analyzed the relationship between the anomaly in water temperature of Zhenchuan Well and the teleseism of Japan.The author also identified whether the anomaly during the period from March to June，2015 resulted from the interference factor.

The study of the micro dynamic state of water temperature of Zhenchuan well

Yan Meirong1），2），Li Wenchao1），2），Liu Fa1），2），Gao Cunying1），2），Su Yanhong1），2）and Wang Xiaoxia2），3）
1） Datong Central Seismic Station，Shanxi Province 037008，China
2） Taiyuan National Continental Rift Valley Dynamics，Shanxi Province 030025，China
3） Lishi Central Seismic Station，Shanxi Province 033000，China

teleseism，water temperature，water temperature anomaly

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.03.007

閆美蓉（1990-07—），女，山西朔城區人，工學學士，助理工程師，2012年6月畢業于蘇州科學技術大學，現主要從事地震前兆監測工作。E-mail： ymr0709@163.com