黑龍江省地震前兆地下流體觀測情況研究

摘 要：黑龍江省地下流體觀測網主要是觀測地下水的水位、水溫物理量的變化和地下水中氡、汞、氦等化學元素的變化為手段，利用這些變化因素，來判斷區域場的應力活動和構造活動，應力場的活動變化是地震前兆信息捕捉的關鍵因素。

關鍵詞：地下流體；水位；水溫；應力場

前言

黑龍江省地下流體觀測網共有觀測臺站21個，分布在全省的21個市、縣、區。觀測項目主要為水位、水溫、氡、汞、氦。地下流體臺網觀測項目包括數字化水位、數字化水溫、模擬水氡、數字化氣氡、數字化氣汞、數字化氦氣及輔助觀測項目數字化氣壓、氣溫、降雨量。地下流體臺網共有臺站21個，測項45個，其中水位測項臺站15個（動水位2個、靜水位13個），水溫測項臺站17個，氡測項臺站8個（6個模擬水氡、2個數字化氣氡），汞測項臺站1個，氦測項臺站3個。流體觀測測點主要布設在我省內的嫩江平原及其周邊區域。

1 地下流體觀測站基本情況

黑龍江省流體觀測點均建有觀測井房，觀測井在室內，觀測井只做觀測用，安全可靠。供電線路單獨接入觀測室，觀測室采用220V大功率在線式UPS供電，只為觀測儀器和觀測系統供電，與生活用電分開，互不干擾，UPS具有穩壓作用，而且后備時間長，停電后能保證觀測儀器長時間不斷電。觀測點通訊采用光纖及寬帶兩種通訊方式，通訊電纜埋地，不受外界干擾，避免雨季雷電影響；觀測數據由臺站、臺網中心兩級存儲，直屬臺站存儲前兆原始數據，每周下載一次，省局前兆臺網中心存儲原始數據及預處理數據，省局臺網中心備有后備服務器，每天對主服務器的觀測數據進行二次備份，節點有服務器的臺站，每周下載一次原始數據，對數據庫進行一次全備份；節點臺站采用高性能、大容量服務器，數據存儲時間長。

2 水位觀測情況

黑龍江省地震局水位觀測項目共有15個觀測站點，均為“十五”新建、改建項目，其中五大連池為“九五”改造建設的數字化觀測臺站，黑河、孫吳、鶴崗、綏化、綏化北林、通河、延壽、林甸為“十五”新建數字化觀測站點，甘南、泰來、富裕、嫩江、密山、肇東原來為模擬觀測，采用SW-40水位儀，經“十五”數字化項目改造，全部更新為數字化。其中林甸、富裕為動水位，林甸為自流井，富裕觀測井壓，其它均為靜水位。黑龍江省地下流體觀測網水位觀測站點全部為有人值守。地下流體數字化改造是在原有地下流體模擬觀測手段的基礎上，對模擬觀測進一步改造，通過十五項目安裝設備，以觀測項目和硬件設備為基礎，利用成熟的網絡通訊技術完成數據的傳送，LN-3A儀器產出數據動態規律清晰，動態穩定性：一階差分值的標準差不大于0.2，觀測精度，M2觀測精度不大于20%；可以看出數據的可信度是非常高的，但也存在著很多問題不容忽視，水位儀基本上每個月基本存在缺數現象，儀器自身出現故障造成整點值缺數，然后還能自動調節恢復；二是水位儀數據有突跳現象，由于單點突跳不能確定為異常，經請教專家指點確認與儀器和井內部原因有關；三是受外界因素影響。分析原因大多是由于停電、UPS電源未能正常啟動或者省局服務器故障有關。

3 地熱觀測概況

黑龍江省地震局流體觀測共有水溫觀測站18個，16個“十五”項目，其中黑河、孫吳、鶴崗、綏化、綏化北林、通河、延壽、林甸、甘南、泰來、富裕、嫩江、密山、肇東、五大連池、肇源為“十五”新建數字化觀測站點，一個升級改造項目，原為五大連池“九五”水溫觀測，該儀器運行多年，嚴重老化，遭雷擊后無法修復，改造升級為“十五”觀測儀器，五大連池兩套水溫儀傳感器投放深度不同；一個是企業自建，大慶水溫觀測是油田自建項目，采用符合標準的入網儀器，并入黑龍江省流體水溫觀測網。黑龍江省流體水溫觀測站點全部為有人值守，觀測儀器統一采用SZW-1A型數字式溫度計。通過對模擬觀測進一步改造，十五項目安裝設備，以觀測項目和硬件設備為基礎，利用成熟的網絡通訊技術完成數據的傳送，2007年6月SZW-1A型數字式溫度計正式運行。SZW-1A型儀器產出數據動態規律清晰，動態穩定性，水溫儀探頭安裝深度105米，動態規律清晰，動態穩定性一階差分值的標準差小于0.02，內在質量一階差分序列超過3倍均方差的百分比小于1%。

4 氡觀測概況

黑龍江省地震局流體觀測網共有氡觀測站點8個，其中模擬水氡觀測站點6個，觀測儀器為FD-105K；數字化觀測站點2個，觀測儀器為“十五”期間安裝的SD-3A數字化氣氡儀。五大連池、望奎為數字化氣氡觀測臺站，牡丹江、綏化、賓縣、肇東、雞東、望奎為模擬水氡觀測臺站，望奎、雞東為觀測泉，其它為觀測井。

5 汞觀測概況

黑龍江省地震局流體觀測共有汞觀測站1個，為氣汞觀測，五大連池觀測站是“十五”觀測項目，觀測儀器采用RG-BQZ型智能數字測汞儀。五大連池RG-BQZ數字測汞儀于2007年1月架設，2007年5月觀測數據正式入庫，儀器運行狀態良好，工作穩定，受儀器生產廠家委托，經過專業培訓，儀器由黑龍江局自主架設，儀器安裝完畢工作正常。由于UPS電源出現故障，無法正常供電，導致儀器無法正常工作，儀器出現內部故障，經臺站檢修無法恢復正常工作，2010年8月17日返廠維修，9月13日儀器返回，安裝后正常工作。由于沒有標定設備，五大連池氣汞未進行標定。

6 改進建議和措施

黑龍江省地震局地下流體學科臺網布局不合理，東部和南部地區流體觀測項目較少，尤其是化學測項，東部和南部就更少；地下水開采將是流體學科的主要影響因素，尤其深層地下水開采對流體觀測的影響亦越來越明顯，目前黑龍江省受地下水開采影響的臺站還很少，觀測環境達到優秀的臺站很多；模擬觀測儀器存在服役時間長、老化、無配件等問題；數字化觀測儀器故障率較高，儀器維修周期過長，數據質量及資料應用一般。在黑龍江東部和南部地區適當增加流體觀測項目。在模擬觀測儀器運行的觀測站適當更新相應測項數字化觀測儀器。“十五”項目運行中的部分數字化觀測儀器，例如LN-3A水位儀故障較多，建議補充備用設備或者進行更新。

7 地下流體觀測的意義

通過對地下流體的物理及化學量變化的觀測與研究，分析其與地殼應力場變化引起含水層的孔隙壓力發生變化的對應關系。無論是哪種類型的力學作用如構造應力、引潮力和大氣壓等，都可能會造成含水層介質的應變，從而引起所觀測的地下流體的變化。影響地下流體變化的因素包含了構造應力及非構造應力等影響因素，非構造應力因素經過理論值與觀測數據的推算扣除，而剩余的構造應力因素是造成巖石體積的應變的主要原因，從而使井口孔隙水壓發生變化，進而反映在含水層地下水的變動。所以去除非構造因素對井水位觀測的影響，對于正確識別由于構造因素造成的水位變化異常具有及其重要意義，震前的一個長期地應力積累過程，地震短臨時地應力會發生明顯的異常，因此地震預報應著重從力學機理分析水位的動態變化，從而捕捉與地震前兆有關的信息[2]。

參考文獻

[1]劉耀煒，范世宏，曹玲玲.地下流體中短期異常與地震活動性指標[J].地震，1999，19（1）：19-25.

[2]石偉，劉愛華，張立忱，等.多元線性回歸在密山井水位影響因素分析的應用[J].應用科技，2004，1：294.

作者簡介：張天雷（1981，6-），男，碩士研究生，工程師，黑龍江省地震局，主要從事地下流體研究工作。