福建地區(qū)溫泉對中國臺灣6級以上地震映震能力分析

摘要：為監(jiān)測預(yù)測閩臺地震，沿福建地區(qū)主要構(gòu)造部位布設(shè)了16個溫泉點，構(gòu)建了構(gòu)造地球化學(xué)觀測網(wǎng)，觀測溫泉氣體中的氦氖碳同位素、氫氣濃度及體積占比、氣體流速、水化學(xué)離子等用于短臨地震預(yù)測研究。基于2021年1月—2023年6月這16個溫泉點的地球化學(xué)參數(shù)觀測結(jié)果，探討了其對研究時段內(nèi)以2022年中國臺灣花蓮ML6.8震群為代表的中國臺灣地區(qū)發(fā)生的芮氏6級以上地震的映震能力。結(jié)果表明：① 6級以上地震發(fā)生前福建地區(qū)溫泉地球化學(xué)出現(xiàn)群體性異常且具重現(xiàn)性。溫泉氣體表現(xiàn)突出，以高值異常為主；水化學(xué)離子主要呈趨勢上升、持續(xù)高值、震蕩等異常形態(tài)；這些異常對強震發(fā)震時間具有較好的短臨和短期預(yù)測意義。② 福建地區(qū)的構(gòu)造背景與中國臺灣地區(qū)6級以上地震的關(guān)聯(lián)性較強。臺灣地震多為板塊碰撞俯沖引起，其應(yīng)力能通過深大斷裂的深部動力傳導(dǎo)引起福建溫泉的響應(yīng)，導(dǎo)致溫泉氣體及水化學(xué)離子產(chǎn)生異常；福建地區(qū)特有的中酸性巖漿巖地球化學(xué)背景也是水化學(xué)離子映震靈敏的因素之一。

關(guān)鍵詞：中國臺灣6級以上地震；預(yù)測指標(biāo)；福建地區(qū)溫泉；構(gòu)造地球化學(xué)觀測網(wǎng)；溫泉氣；水化學(xué)離子

中圖分類號：P315.723 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1000-0666（2025）02-0312-14

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2025.0033

0 引言

2022年9月，中國臺灣花蓮縣發(fā)生ML6.8震群型地震，震源深度均在10 km左右，其中9月18日ML6.8地震是自2006年中國臺灣南部海域MS7.2地震發(fā)生以來中國臺灣地區(qū)發(fā)生的最大地震，福建、廣東、上海等沿海地區(qū)震感明顯。福建省地震局除了承擔(dān)福建地區(qū)的地震監(jiān)測預(yù)測工作外，還同時承擔(dān)著臺灣地區(qū)的地震監(jiān)測預(yù)測任務(wù)，但由于地域限制，目前對中國臺灣地區(qū)的地震預(yù)測主要依靠測震學(xué)。

溫泉是重要的映震敏感點，能很好地反映深部構(gòu)造運動特征；同時構(gòu)造活動又控制著溫泉群的出露，對熱源的形成也具有明顯的控制作用（張森琦等，2020）。華南陸緣是中國大陸具有獨特動力學(xué)背景的巖漿－構(gòu)造演化帶，在太平洋板塊俯沖過程中，熱地幔物質(zhì)上涌，導(dǎo)致華南沿海地區(qū)上地幔在新生代時期處于高熱狀態(tài)（趙海玲等，2003），形成高熱流異常區(qū)。因此東南沿海地區(qū)中－低溫地?zé)豳Y源豐富，溫泉出露點密集，但該區(qū)還未正式建立連續(xù)觀測臺站，無法應(yīng)用溫泉地球化學(xué)特征開展震情跟蹤工作。2020年中國地震局地震預(yù)測研究所在福建地區(qū)設(shè)立了5個溫泉觀測點進行水化學(xué)離子連續(xù)測量，發(fā)現(xiàn)中國臺灣海峽及其附近海域MS≥6.0地震前，這5個溫泉中的Cl-和Na+濃度顯著增加（Wang et al，2021）；福建省地震局構(gòu)造地球化學(xué)攻關(guān)團隊對該區(qū)域的溫泉氣體進行研究，發(fā)現(xiàn)溫泉氣體3He/4He、δ13CCO[HT4.]2[HT5]及氣體流速在時間域上的高值對中國臺灣地區(qū)6級強震具有顯著的短臨異常指示（Liao et al，2023）。

為進一步探索閩臺地區(qū)地震短臨預(yù)報的有效方法，充分利用福建省境內(nèi)溫泉遍布及緊鄰中國臺灣的地域優(yōu)勢，提升閩臺地區(qū)地震監(jiān)測預(yù)測能力，2021年福建省地震局構(gòu)造地球化學(xué)攻關(guān)團隊沿福建地區(qū)的主要構(gòu)造部位布設(shè)了16個溫泉觀測點，構(gòu)建福建構(gòu)造地球化學(xué)觀測網(wǎng)，觀測溫泉氣體中的氦氖碳同位素、氫氣濃度及體積占比、氣體流速、水化學(xué)離子等用于短臨地震預(yù)測研究，以期為閩臺地區(qū)地震預(yù)測提供判定依據(jù)。經(jīng)過2年多的觀測和研究，目前已初步掌握了福建地區(qū)溫泉地球化學(xué)的基本特征，取得了較好的研究效果，并根據(jù)這些動態(tài)特征對2022年9月18日花蓮ML6.8震群做出了正確預(yù)測。為提高短臨預(yù)測時效，2023年4月，團隊還從中挑選3個溫泉點建立了氫氣連續(xù)觀測站用于捕捉溫泉氣體的短臨信息，結(jié)束了福建無溫泉氣體數(shù)字化連續(xù)觀測的歷史。基于以上觀測記錄，本文開展了福建溫泉地球化學(xué)與臺灣6級以上地震的相關(guān)性研究，并嘗試將其應(yīng)用于日常震情跟蹤工作。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

受太平洋構(gòu)造域影響，福建地區(qū)發(fā)育了一系列與菲律賓海板塊和歐亞板塊的縫合帶大致平行的NE向深大斷裂及NW向橫張調(diào)整性斷裂，兩組斷裂相互交錯形成福建地區(qū)棋盤狀構(gòu)造格局（圖1）。其中NE向斷裂多為構(gòu)造單元的分界線，如政和—海豐斷裂帶（F4）是福建西部華夏地塊、東部東南沿海中生代巖漿帶兩大構(gòu)造單元的分界；福建地區(qū)東部又以長樂—詔安斷裂帶（F1）為界，形成平潭—東山剪切構(gòu)造帶（Ⅰ）和閩東火山斷坳帶（Ⅱ）；其西部則以南平—寧化斷裂帶（F6）為界，形成北武夷隆起區(qū)（Ⅲ）和南武夷晚古生代坳陷區(qū)（Ⅳ）（福建省地質(zhì)調(diào)查研究院，2016）。閩東火山斷坳帶以大規(guī)模火山噴發(fā)為主（王培宗等，1993），發(fā)育有福安—南靖斷裂帶（F2）和閩江口—永定斷裂帶（F3），該區(qū)熱流值在全省最高；溫泉沿F2極其發(fā)育，在漳州地區(qū)發(fā)育地?zé)崽铮贔2與NW向九龍江斷裂帶（F11）交會區(qū)域形成汰內(nèi)、湯坑、宮仔前等溫泉，在與F3交會區(qū)域發(fā)育石牛山火山機構(gòu)，出露濟川溫泉和中國東部自流溫泉中水溫最高的南埕自冒泉。F11與F1交會處則發(fā)育有中國東部水溫最高的熱水井工人療養(yǎng)院井。平潭—東山剪切構(gòu)造帶（Ⅰ）以強烈的動力變質(zhì)作用為特點，發(fā)育東孚、杏林灣等溫泉。以上這些溫泉的水熱活動主要疊加于地幔熱源之上的晚中生代花崗巖中的放射性生熱元素，且沿著以新生代垂直升降運動為主的斷裂帶分布（張健等，2018）。

2 采樣和測量方法

2020年以來，福建省地震局構(gòu)造地球化學(xué)攻關(guān)團隊綜合現(xiàn)場調(diào)查、地球化學(xué)測試指標(biāo)、震例分析和構(gòu)造解析結(jié)果，從104個溫泉普查點中初篩出16個溫泉點，構(gòu)建構(gòu)造地球化學(xué)觀測網(wǎng)（圖1、表1），開展溫泉氣季度觀測及采樣率為3 d的水化學(xué)觀測。野外現(xiàn)場溫泉氣體采樣采用排水集氣法，采樣容器為500 mL的玻璃瓶。溫泉氣送中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院油氣資源研究中心進行測量，其中氦、氖同位素（3He/4He、4He/20Ne）使用英國Nu Instruments公司生產(chǎn)的Noblesse惰性氣體質(zhì)譜儀分析，儀器誤差不超過3%；碳同位素（δ13C-CO2）使用MAT253同位素比值質(zhì)譜儀測定，用傳統(tǒng)的每密耳δ記法（‰）表示根據(jù)Pee Dee Belemnite（PDB）之后的碳同位素比率。碳同位素比值的測量誤差為±0.2‰，δ13C的分析精度為0.3‰（Tian et al，2021）。水樣離子在福州地震監(jiān)測中心站用賽默飛ICS-600型離子色譜儀觀測，樣品濃度RSD≤5%；H2使用超炬ATG-300H 型便攜式測氫儀測量，最低檢測限為：≤5×10-3ppm，誤差≤5%。為跟蹤溫泉氣體的變化動態(tài)，在德化縣南埕自冒泉開展采樣率為3天的氣體流速連續(xù)觀測，用秒表記錄500 mL玻璃瓶排空瓶中溫泉水的時間，計算得出氣體逸出的流速。

3 觀測異常提取方法及資料選取

地震的孕育和發(fā)生過程始終伴隨著地下物質(zhì)運移、能量傳輸和條件改變，從而導(dǎo)致流體中元素和同位素的遷移與演化，進而形成地表可觀測到的流體地球化學(xué)異常（李營等，2022）。流體地球化學(xué)前兆異常多以變化幅度大為主要特點，容易識別。如2008年汶川MS8.0地震前后康定地區(qū)部分?jǐn)嗔褞Ы粫幍臏厝畼又蠯+和SO42-濃度增加了19.3%～59.6%（Chen et al，2014）。氣體異常幅度比離子更大，如一般地震前H2濃度異常幅度會很大，高于背景值幾十倍甚至更高（王基華等，1991）；且H2濃度多是在短時間內(nèi)突然出現(xiàn)大幅度的異常升高，具有明顯的突發(fā)性（張培仁等，1993）。因此，可使用原始數(shù)據(jù)趨勢動態(tài)法和經(jīng)驗閾值法提取流體地球化學(xué)異常，經(jīng)驗閾值法提取原則是根據(jù)地震的最佳對應(yīng)效果確定判據(jù)，排除干擾后達到某閾值并多次對應(yīng)地震且符合孕震機理，這個閾值則作為異常判定標(biāo)準(zhǔn)；原始數(shù)據(jù)趨勢動態(tài)法提取原則為當(dāng)某特征出現(xiàn)后多次對應(yīng)地震，則這個特征可作為異常判定標(biāo)準(zhǔn)。本文研究資料為2021年1月—2023年6月構(gòu)造地球化學(xué)觀測網(wǎng)記錄的水溫、逸出氣體及水化學(xué)離子觀測數(shù)據(jù)，其陰、陽離子的測量誤差絕對值均小于 5%。地震目錄采用中國地震臺網(wǎng)中心的速報目錄，由于該地震目錄常是動態(tài)的，為便于分析，所有圖中的震級參照中國臺灣地區(qū)氣象局（均為ML震級），選取研究時段內(nèi)中國臺灣地區(qū)氣象局ML≥6.0的地震目錄（表2）進行分析。

4 觀測結(jié)果分析

從觀測結(jié)果可以看出，福建地區(qū)16個溫泉的溫泉氣和水化學(xué)離子對中國臺灣芮氏6級以上地震都有較為靈敏的反應(yīng)，尤其是臺灣花蓮ML6.8震群觀測異常較多。溫泉氣體比溫泉水化學(xué)離子反應(yīng)更為靈敏，多表現(xiàn)為短臨及短期特征，溫泉水化學(xué)離子則多表現(xiàn)為短期和短臨特征。溫泉氣體異常多為高值異常，溫泉水化學(xué)離子異常則表現(xiàn)為高值異常、趨勢上升及震蕩或突跳等特征。異常幅度與震級相關(guān)性不大，但異常持續(xù)時間與震級有一定的相關(guān)性，一般表現(xiàn)為震級越大、異常持續(xù)時間越長、異常的空間分布范圍越廣。

4.1 溫泉氣體異常

4.1.1 南埕自冒泉氣體流速

2022年9月17—18日花蓮ML6.8震群發(fā)生前，南埕自冒泉氣體流速于2022年6月29日出現(xiàn)超出經(jīng)驗閾值現(xiàn)象，于2022年7月12日達到最高值0.970 8 mL/s，在持續(xù)1個多月的多次超經(jīng)驗閾值上限后，于8月17日恢復(fù)到閾值上限內(nèi)，但高于均值；9月9日再次出現(xiàn)超經(jīng)驗閾值上限現(xiàn)象，隨后發(fā)生了花蓮ML6.8震群，并于9月28日恢復(fù)到均值附近震蕩（圖2），這些現(xiàn)象表明南埕自冒泉氣體流速表現(xiàn)為短臨和短期預(yù)測相結(jié)合的指示意義。自2022年以來，南埕自冒泉氣體流速在超經(jīng)驗閾值后，中國臺灣地區(qū)發(fā)生芮氏6級以上地震共有7次，具體表現(xiàn)為南埕自冒泉氣體流速超經(jīng)驗閾值后3～21 d內(nèi)發(fā)震，該溫泉氣體流速具有良好的短臨預(yù)測指示意義（圖2）。

工人療養(yǎng)院溫泉水溫與南埕自冒泉氣體流速出現(xiàn)準(zhǔn)同步異常，顯示溫泉異常具有區(qū)域性特征，這與中國臺灣地區(qū)地震趨勢增強是相符的。工人療養(yǎng)院溫泉水溫自2022年3月起開始處于高于均值的狀態(tài)，于3月3日達最高值101.3℃后發(fā)生了3月23日臺東海域ML6.7地震，震后于4月25日恢復(fù)到低于均值狀態(tài)，4月30日又迅速回升到高于均值狀態(tài)并一直維持高值狀態(tài)（圖3），且在5月9日花蓮海域ML6.2地震發(fā)生后也沒有恢復(fù)的跡象，并于5月28日開始出現(xiàn)井噴，同時地?zé)峋車孛嫔弦嘤袕娏业乃旌衔飮姵觯瑴y其水溫均在102 ℃左右，井噴現(xiàn)象在花蓮ML6.8震群發(fā)生后仍未結(jié)束。

4.1.2 H2濃度及體積百分含量

通過對多期季度現(xiàn)場觀測資料進行對比分析，發(fā)現(xiàn)多個觀測點H2濃度在臨震前都出現(xiàn)較大幅度上升，最高值均出現(xiàn)在離發(fā)震時間最近的一期觀測中，其中南埕自冒泉表現(xiàn)最為突出。2022年花蓮ML6.8震群發(fā)生前2個月南埕自冒泉逸出氣H2濃度高達9.264 ppm，同樣的現(xiàn)象發(fā)生在3月23日臺東海域ML6.7地震前13 d，H2濃度比正常觀測平均值大4.6倍；與南埕自冒泉H2濃度最高值同時段觀測的新泉泰國井H2濃度也高達9.63 ppm，比前后一個半月無地震事件發(fā)生的2021年3月3日的測值高出8.31 ppm，同樣的現(xiàn)象發(fā)生在2022年1月3日花蓮海域ML6.0地震前，測值為4.58 ppm，比2021年3月3日的測值高出3.26 ppm；而前后各超60 d沒有6級地震事件發(fā)生的2023年2月15日進行現(xiàn)場觀測，H2測值也僅為1.31 ppm（圖4a）。因新冠疫情影響，其他觀測點在花蓮ML6.8震群發(fā)生前未進行現(xiàn)場觀測和取樣，無法獲取觀測數(shù)據(jù)，但在之前的臺灣芮氏6級地震前亦有此現(xiàn)象，如圖4b～d所示。宮仔前、華安汰內(nèi)溫泉H2濃度最高值分別出現(xiàn)在2022年3月23日臺東海域ML6.7地震前14 d和15 d，湯湖溫泉H2濃度最高值出現(xiàn)在2022年1月3日花蓮海域ML6.0地震的前4 d。這與王基華等（1982）和張培仁等（1993）的研究結(jié)果是相符的，即H2濃度在震前出現(xiàn)異常時間較短，大多數(shù)在震前幾十天、十幾天到幾天。

通過對多期季測溫泉氣樣中H2體積百分含量的對比分析發(fā)現(xiàn)，多個溫泉的H2體積百分含量在震前5 d到2個月從0上升到可觀測量級，這同樣佐證了H2濃度在臨震前是突升的，且呈一定的量級。2022年9月18日臺灣花蓮ML6.8地震前，南埕自冒泉和新泉泰國井H2體積百分含量均創(chuàng)新高。因疫情影響，其他溫泉觀測點在該時段無法進行現(xiàn)場采樣獲取數(shù)據(jù)，但類似的現(xiàn)象在花蓮ML6.8地震之前的臺灣6級以上地震也出現(xiàn)過，如2022年3月23日臺東海域ML6.7地震前15 d內(nèi)H2體積百分含量突升（表3）。這一觀測現(xiàn)象說明福建溫泉氣中的H2映震靈敏，在震前會出現(xiàn)一定量級的突變，同時也說明H2逸出通道順暢，逸出性極強，能以溫泉為載體在地面被觀測到。但H2體積百分含量只對ML6.6以上地震有高值異常對應(yīng)，并未取得小于ML6.6地震震例，如在花蓮海域ML6.0地震前7 d內(nèi)，高賴溫泉并未記錄到有H2濃度異常。

4.2 溫泉水化學(xué)離子異常

福建溫泉水化學(xué)離子在臺灣6級地震前也出現(xiàn)了許多觀測異常，尤其是2022年9月18日花蓮ML6.8地震前，福建構(gòu)造地球化學(xué)觀測網(wǎng)溫泉觀測點的水化學(xué)離子出現(xiàn)了群體性、準(zhǔn)同步異常，呈趨勢上升、持續(xù)高值、超經(jīng)驗閾值、震蕩、臨震突跳等動態(tài)。

趨勢上升：黃楮林、南埕ZK1自流熱水鉆孔F-，華安汰內(nèi)溫泉水溶性SiO2在臺灣6級地震發(fā)生前多表現(xiàn)為趨勢上升。如2022年1月3日花蓮海域ML6.0、3月23日臺東海域ML6.7地震及9月18日花蓮ML6.8震群前，黃楮林F-表現(xiàn)為趨勢上升，并于震后恢復(fù)。南埕ZK1 F-在2022年1月3日花蓮海域ML6.0地震前發(fā)生趨勢上升，震后于1月10日恢復(fù)，但從1月13日又開始加速上升，直到臺東海域ML6.7地震前1個月達最高值后逐漸恢復(fù)，恢復(fù)到均值附近發(fā)震，在9月18日花蓮ML6.8震群發(fā)生前2個月又開始出現(xiàn)趨勢上升，并于震后恢復(fù)。在統(tǒng)計的9次臺灣地震中有4次地震發(fā)生前汰內(nèi)溫泉水溶性SiO2出現(xiàn)趨勢上升現(xiàn)象，分別是2022年3月23日臺東海域ML6.7地震、5月9日花蓮海域ML6.2地震、9月18日花蓮ML6.8震群及12月15日花蓮海域ML6.5地震，如圖5所示。2023年中國臺灣地區(qū)沒有發(fā)生6級以上地震，這些溫泉觀測點的水化學(xué)離子測值均在均值附近正常波動，汰內(nèi)溫泉和黃楮林溫泉的水化學(xué)離子低值是因為暴雨洪水混入所致。

震蕩、臨震突跳：這一現(xiàn)象在2022年9月18日花蓮ML6.8震群發(fā)生前尤為突出（圖6）。黃楮林Na+、K+在花蓮ML6.8震群發(fā)生前9月10日發(fā)生臨震突跳，同樣的現(xiàn)象在5月9日花蓮海域ML6.2地震前8天、2021年10月24日宜蘭ML6.5地震前1天也發(fā)生過。花蓮ML6.8震群發(fā)生前一個月內(nèi)南埕ZK1自流熱水鉆孔F-、Cl-、Li+、Na+、K+出現(xiàn)群體臨震突跳；在花蓮ML6.8震群發(fā)生前后（9月7日至10月6日），高賴SiO2出現(xiàn)震蕩、突跳；8月31日SO42-發(fā)生突跳并超經(jīng)驗閾值，一直持續(xù)至9月28日后回落，在1月3日花蓮海域ML6.0、5月9日花蓮海域ML6.2地震前也發(fā)生過SO42-臨震突跳及震前高值異常現(xiàn)象。濟川的Ca2+、Mg2+在花蓮ML6.8震群震前1個月左右突跳，同樣的現(xiàn)象在其他幾次臺灣6級地震前也出現(xiàn)過。大坂溫泉Ca2+、Mg2+在2022年9月1日出現(xiàn)臨震突跳。新泉泰國井Na+在9月5日臨震突跳，這種現(xiàn)象在1月3日花蓮海域ML6.0、3月23日臺東海域ML6.7、5月9日花蓮海域ML6.2地震前半個月內(nèi)也出現(xiàn)過。東孚井陽離子在花蓮ML6.8震群臨震前一天即9月16日發(fā)生群體突跳、湖里SiO2在震前一個月出現(xiàn)突跳；華安溫泉陰離子在臨震前一個半月內(nèi)出現(xiàn)群體震蕩、突跳。

持續(xù)高值：2022年花蓮ML6.8震群發(fā)生前，南埕ZK1的Ca2+與F-于5月中旬開始持續(xù)高值，并于震后恢復(fù)到均值附近；廣湯的陰離子于4月22日開始發(fā)生趨勢上升，在5月9日花蓮海域ML6.2地震發(fā)生后并未恢復(fù)，而是繼續(xù)維持高值，最終于花蓮ML6.8震群發(fā)生后恢復(fù)正常；高賴溫泉F-在4月下旬開始呈現(xiàn)趨勢上升，并于5月9日花蓮海域ML6.2地震發(fā)生后立即回落，隨后又發(fā)生震蕩并超經(jīng)驗閾值，之后一致持續(xù)高值，8月31日與Cl-、SO42-同步突跳上一新臺階并持續(xù)到花蓮ML6.8震群發(fā)生后12天即9月30日回落，顯示出較好的短臨特征；湖里溫泉的F-、Cl-、Na+、K+、Li+于5月開始持續(xù)高值，Na+、K+、Li+在花蓮ML6.8震群發(fā)生前半個月恢復(fù)正常，F(xiàn)-、Cl-在震后仍持續(xù)高值（圖7）。

5 異常機理討論

中國臺灣地區(qū)地震均由與板塊運動有關(guān)的大型板塊主邊界構(gòu)造錯動導(dǎo)致，發(fā)震區(qū)域主要位于板塊碰撞-俯沖的琉球俯沖帶、花東縱谷縫合帶等。2021年1月—2023年6月中國臺灣地區(qū)發(fā)生多次6級強震，從發(fā)震構(gòu)造及其運動性質(zhì)可以看出，菲律賓海板塊在琉球俯沖體系的震源破裂以右旋走滑運動為主，其震源破裂以逆斷兼左旋走滑運動為主（圖1）。前人研究顯示這一區(qū)域的構(gòu)造運動均有一個動力機制，即菲律賓海板塊持續(xù)以82 mm/a的速率往北西305°～309°向歐亞板塊推擠（Suppe，1981；Lee et al，2015；Sibuet et al，2021），故臺灣地區(qū)6級以上強震均與板塊運動有關(guān)。而符合板塊運動特征的強震事件，一般具有較大的影響范圍和較遠的傳播距離，一旦臺灣地區(qū)孕育強震，深部流體就有可能通過這些強構(gòu)造關(guān)聯(lián)提供的良好通道由溫泉攜帶到地表，從而被福建地區(qū)溫泉的地球物理和水文地球化學(xué)參數(shù)捕捉到。總結(jié)本文震例可見，溫泉點的映震震中距最遠達562 km，遠大于《震例總結(jié)規(guī)范》（DB/T 24—2007）對5.0～5.9、6.0～6.9和7.0～7.9級地震的前兆異常的總結(jié)范圍200、300和500 km。廖麗霞等（2010，2019，2020）研究也顯示福建地區(qū)溫泉對中國臺灣地區(qū)6及以上地震的映震范圍在258～568 km，最近的為1994年9月16日臺灣海峽MS7.3地震，最遠的為1996年9月6日南嶼MS7.1地震。

本文以南埕溫泉為例，嘗試使用閩臺板塊應(yīng)力傳導(dǎo)模式，并結(jié)合地球化學(xué)對該溫泉的地球物理和地球化學(xué)異常進行解析。通過對2021年—2023年7月臺灣東部地區(qū)花蓮—宜蘭一帶芮氏6級以上強震案例研究發(fā)現(xiàn)，該區(qū)地震對福建構(gòu)造區(qū)域的動力影響因發(fā)震構(gòu)造部位和應(yīng)力方向的不同，產(chǎn)生兩種影響模式：第一種是正向擠壓模式，深部物質(zhì)受到壓縮而發(fā)生加速向上運移導(dǎo)致氣體含量驟增。以2022年花蓮ML6.8震群為例，其發(fā)震斷層主要為花東縱谷斷裂帶內(nèi)的池上、玉里斷層，由菲律賓海板塊向WN推擠造成，而南埕溫泉位于菲律賓海板塊向歐亞板塊推擠的應(yīng)力軸上，受板塊正向擠壓，溫泉氣體流速會隨著地殼應(yīng)力的增大而增加；當(dāng)應(yīng)力突破極限狀態(tài)氣體流速激增到極大值后發(fā)生地震；震后隨著應(yīng)力調(diào)整，氣體流速又會逐漸回落，閩臺板塊應(yīng)力的傳導(dǎo)模式如圖8所示。花蓮、臺東地區(qū)的多次地震均符合該傳導(dǎo)模式，異常特征表現(xiàn)為震前氣體濃度及流速逐漸增大，并于震后回落。第二種是走滑拉張模式，震中位于琉球俯沖帶弧后沖繩海槽區(qū)域，處于弧后拉張環(huán)境，該區(qū)的孕震環(huán)境使福建陸塊受到走滑拉張作用，因此溫泉氣體流速呈現(xiàn)相反狀態(tài)，異常特征表現(xiàn)為震前氣體流速降低，并于震后回升，如2021年8月5日宜蘭海域ML6.0地震、2021年10月24日宜蘭ML6.5地震就是如此。

離子濃度主要與水-巖相互作用有關(guān)，K+、Na+、Ca2+等離子主要與地殼巖石中的長石組分有關(guān)，Mg2+、Ca2+等離子主要與巖石中黑云母及來自于幔源的礦物如輝石有關(guān)，F(xiàn)-和Cl-主要來自地殼的花崗巖或酸性火山巖。F-還有可能是由地幔流體通過深切地幔的深大斷裂借助溫泉上傳到地面的，而福建地區(qū)發(fā)育有大面積的中酸性巖漿巖，因此上述離子在地震孕育過程中較為活躍，可以捕捉到地震前兆異常。對南埕溫泉進行野外考察發(fā)現(xiàn)，溫泉含水層的巖性是中酸性火山凝灰?guī)r，鉆孔巖芯中可見的礦物有斜長石、鉀長石、黑云母、絹云母、綠泥石。福建地區(qū)16個溫泉觀測點的含水層巖性多為中酸性巖漿巖（表1），這些巖石的主要礦物為長石，而溫泉水多為大氣降水補給深循環(huán)形成，溶有較充足的CO2，水巖之間存在多種動態(tài)化學(xué)反應(yīng)，從而使離子及水溶性SiO2濃度在孕震過程中隨溫度、壓力的改變發(fā)生變化。以鈉長石為例存在如下動態(tài)過程：

Na₂Al₂Si₆O₁₆（鈉長石）+2CO₂+3H₂O＝2HCO^₃-+2Na⁺+Al^₂Si₂O₅（OH）₄（高嶺石）+4SiO₂（1）

離子濃度的趨勢上升很可能是應(yīng)力逐漸增強的體現(xiàn)，持續(xù)高值則是應(yīng)力趨于新的平衡點的體現(xiàn)，突跳則可能是深部物質(zhì)突然上涌的體現(xiàn)。從圖1、5可見，F(xiàn)-、SiO2濃度趨勢上升的溫泉觀測點多出現(xiàn)在閩東火山斷坳帶（Ⅱ），這一構(gòu)造塊體在中生代以大規(guī)模火山噴發(fā)活動為主，形成大面積燕山期花崗巖和火山巖，巖石中含有大量富含F(xiàn)-、Cl-等揮發(fā)分的包裹體，尤其是F-在應(yīng)力逐漸增強的情況下持續(xù)溶入溫泉中；同時作為地幔流體中揮發(fā)分的主要成分，F(xiàn)-還可借助斷裂通道上涌，使F-濃度呈現(xiàn)趨勢上升動態(tài)。由于離子之間也存在化學(xué)反應(yīng)，水化學(xué)離子的映震動態(tài)則更為復(fù)雜，影響離子濃度的因素除溫度、氣壓外，還有離子性質(zhì)、酸堿度、不同含水層混合等其他因素，所以離子映震動態(tài)更加復(fù)雜多樣。

溫泉觀測點所處的構(gòu)造位置也為應(yīng)力和深部信息的傳導(dǎo)提供了有利條件，前人研究認(rèn)為斷層的交會部位可成為熱流體向地表運移的重要通道。從全球尺度來看，氣體強烈排放帶與板塊縫合帶、火山帶、地?zé)釒Ш偷卣饚У榷加袠O高的重合度（Tamburello et al，2018），福建構(gòu)造地球化學(xué)觀測網(wǎng)點均布設(shè)在這些NE和NW向深大斷裂交會部位，如黃楮林、南埕、廣湯、高賴溫泉等。從圖9可以明顯看出，NE向斷裂規(guī)模大、切割深，寧化—泉州地質(zhì)剖面西側(cè)高賴溫泉所處的F6及其東側(cè)的F1都是切割到莫霍面的超殼斷裂，剖面中部的F4明顯錯斷莫霍面，這一構(gòu)造格局與燕山早期古太平板塊俯沖以及燕山晚期—喜馬拉雅早期，福建陸內(nèi)地幔上隆、地殼大范圍伸展減薄、幔源物質(zhì)底侵（李三忠等，2019）有關(guān)。剖面西部局部區(qū)域也存在糜棱巖或巖漿熔融帶，如廣湯溫泉下方。南埕溫泉中地殼和下地殼存在兩層巖漿熔融帶，與斷裂構(gòu)造連通，為南埕溫泉提供熱源、深部流體來源及深部物質(zhì)上涌的通道。福建省地震局近年來的深部探測成果也證實南埕溫泉下地殼存在隆起（蔡輝騰等，2016），推測該處存在一層殼幔混合體。黃楮林溫泉所在區(qū)域出露的橄欖玄武巖中夾有形成深度136 km的地幔深源包體-石榴子石二輝橄欖巖（劉若新等，1985），上地幔頂部有明顯斷開的跡象，斷距為3 km，福州盆地下方存在地幔上隆（廖其林等，1990）。福建地區(qū)NW向斷裂帶是區(qū)域最新構(gòu)造，基本切割其他走向的構(gòu)造，力學(xué)性質(zhì)多以扭性、張性和張扭性為主，斷裂帶多為60°以上的高傾角，其中以F8、F11的傾角最大，達75～85°（王善雄等，2019），為深部物質(zhì)上涌提供了有利通道。

氦同位素是一種判識幔源氣體最靈敏的地球化學(xué)示蹤指標(biāo)，理論上認(rèn)為3He/4He是深部信息多少的標(biāo)尺（陶明信等，2005），在地表檢測到的深源氣體可以很好地反映地球深部信息（方震等，2012）。大氣中3He/4He的比值以Ra表示，其值為1.4×10-6，樣品中的3He/4He測值以R表示。為消除樣品在取樣及地表以下存在的大氣污染，通過樣品的4H/20Ne對樣品的3He/4He進行大氣污染矯正，經(jīng)校正后的樣品3He/4He表示為Rc。Rc/Ra可以對比評估幔源氣體向大氣釋放的強度。自2021年福建地區(qū)構(gòu)造地球化學(xué)觀測網(wǎng)布設(shè)以來，已捕捉到多個溫泉觀測點在多次臺灣地區(qū)6級以上強震臨震前發(fā)生深部信息增強的觀測事實。通過對多期的季度觀測資料（圖10、表4）進行對比分析發(fā)現(xiàn)，廣湯、莒溪、黃楮林、新泉泰國等溫泉氣體的氦同位素比值Rc/Ra最高值均出現(xiàn)在震前10 d左右（因疫情影響，未取到花蓮ML6.8地震臨震前半個月的氣樣，故無震例），說明震前幔源物質(zhì)上涌的動態(tài)平衡被破壞，發(fā)生幔源物質(zhì)的加速上涌。這種地震前后溫泉氣體中同位素測值上升的現(xiàn)象在2008年汶川MS8.0地震前后、2016年理塘MS5.1地震前也出現(xiàn)過（Zhou et al，2015，2017）。

6 結(jié)論

福建地區(qū)特殊的地質(zhì)構(gòu)造使16個溫泉觀測點的3He/4He和H2、水化學(xué)離子濃度在2022年9月18日臺灣花蓮ML6.8震群前出現(xiàn)異常，溫泉氣體表現(xiàn)為短臨異常特征，水化學(xué)離子表現(xiàn)為短期和短臨異常特征，其他臺灣6級以上強震亦有類似的前兆異常，其成因及映震特征總結(jié)如下：

（1）福建地區(qū)的構(gòu)造格局與臺灣地區(qū)6級以上地震關(guān)聯(lián)性較強，臺灣強震多數(shù)由板塊碰撞-俯沖引起，能夠通過深部動力傳導(dǎo)引起福建地區(qū)溫泉的響應(yīng)。規(guī)模大、切割深的斷裂帶多是深部流體逸出的良好通道，而多組不同方向斷裂帶的交會處常是映震靈敏點，如福建地區(qū)NE與NW向兩組斷裂帶交會處的黃楮林、南埕、廣湯溫泉等。

（2）臨震前，福建地區(qū)溫泉中有儀器可觀測到量級的深部流體從地幔或地殼深處涌出，溫泉氣體更為突出，而這種量級的涌出常常是突發(fā)性的，只有臨近地震時才出現(xiàn)。H2濃度異常因其逸出性極強更易以溫泉為載體被觀測到，取得的震例最多。H2濃度、3He/4He及溫泉氣體流速可以作為地震的短臨（期）預(yù)測指標(biāo)加以應(yīng)用。

（3）福建地區(qū)中酸性巖漿巖遍布，使溫泉水化學(xué)離子在孕震過程中非常活躍，會因溫度、壓力、濃度的改變呈現(xiàn)趨勢上升、持續(xù)高值、震蕩、突跳等特征，可以作為短期預(yù)測指標(biāo)。

溫泉地球化學(xué)觀測投入少、觀測靈活、信息量大，能觀測到許多深部信息且多具有短臨特征，是較好的時間預(yù)測指標(biāo)。福建溫泉地球化學(xué)觀測的深入研究，對判斷閩臺地震危險性及地震預(yù)測指標(biāo)提取具有重要意義，對地震臺站勘選也可提供技術(shù)支撐，還可為其他省份開展這項研究提供借鑒。

本文中涉及到國界的插圖均已送相關(guān)部門審查并獲通過。受理號：國審字（2024）第03038號；審圖號：GS（2024）2976號。

本研究是在福建省地震局構(gòu)造地球化學(xué)攻關(guān)團隊工作的基礎(chǔ)上提煉而成，感謝攻關(guān)團隊全體成員的辛勤工作。感謝三明、龍巖、泉州、漳州、莆田、廈門、寧德各地市地震局及福州市防震減災(zāi)中心在溫泉觀測點勘選及現(xiàn)場觀測中提供的多方支持和幫助; 感謝李立武研究員和邢藍田副研究員在氦、氖、碳同位素及溫泉氣體體積百分比觀測方面提供的支持。

參考文獻：

蔡輝騰，金星，王善雄，等.2016.寧化—大田—惠安地殼構(gòu)造與速度結(jié)構(gòu)特征［J］.地球物理學(xué)報，59（1）：157-168.Cai H T，Jin X，Wang S X，et al.2016.The crust structure and velocity structure characteristics beneath Ninghua-Datian-Hui＇an［J］.Chinese Journal of Geophysics，59（1）：157-168.（in Chinese）

方震，劉耀煒，楊選輝，等.2012.地震斷裂帶中氣體來源及運移機制研究進展［J］.地球物理學(xué)進展，27（2）：483-495.Fang Z，Liu Y W，Yang X H，et al.2012.Research progress on gas sources and migration mechanisms in earthquake fault zones ［J］.Progress in Geophysics，27（2）：483-495.（in Chinese）

福建省地質(zhì)調(diào)查研究院.2016.中國區(qū)域地質(zhì)志·福建志［M］.北京：地質(zhì)出版社.Geology Investigation Institute of Fujian Province.2016.Regional geology of Fujian，China ［M］.Beijing：Geology Press.（in Chinese）

李三忠，曹現(xiàn)志，王光增，等.2019.太平洋板塊中—新生代構(gòu)造演化及板塊重建［J］.地質(zhì)力學(xué)學(xué)報，25（5）：642-677.Li S Z，Cao X Z，Wang G Z，et al.2019.Meso-cenozoic tectonic evolution and plate reconstruction of the Pacific plate［J］.Journal of Geomechanics，25（5）：642-677.（in Chinese）

李三忠，索艷慧，李璽瑤，等.2018.西太平洋中生代板塊俯沖過程與東亞洋陸過渡帶構(gòu)造-巖漿響應(yīng)［J］.科學(xué)通報，63（16）：1550-1593.Li S Z，Suo Y H，Li X Y，et al.2018.Mesozoic plate subduction in West Pacific and tectono-magmatic response in the East Asian ocean-continent connection zone［J］.Chinese Science Bulletin，63（16）：1550-1593.（in Chinese）

李營，陳志，胡樂，等.2022.流體地球化學(xué)進展及其在地震預(yù)測研究中的應(yīng)用［J］.科學(xué)通報，67（13）：1404-1420.Li Y，Chen Z，Hu L，et al.2022.Advances in seismic fluid geochemistry and its application in earthquake forecasing［J］.Chinese Science Bulletin，67（13）：1404-1420.（in Chinese）

廖麗霞，秦雙龍，洪旭瑜.2020.華南地區(qū)流體地震預(yù)測指標(biāo)建立、應(yīng)用和反思［J］.地震研究，43（2）：310-319.Liao L X，Qin S L，Hong X Y.2020.Establishment，application and reflection of fluid earthquake prediction index in South China［M］.Journal of Seismological Research，43（2）：310-319.（in Chinese）

廖麗霞，鄭永通，袁麗雯.2010.華安汰內(nèi)井水氡對閩臺地震的映震特征差異性分析［J］.地震，30（4）：133-139.Liao L X，Zheng Y T，Yuan L W.2010.Analysis on the difference of reflecting characteristics of hydro-radon in Huaan-Tainei well to earthquakes in Fujian and Taiwan region［J］.Earthquake，30（4）：133-139.（in Chinese）

廖麗霞.2019.福建地下流體典型異常核實及分析應(yīng)用［M］.北京：地震出版社.Liao L X.2019.The verification and analysis of typical anomalies in underground fluids in Fujian Province［M］.Beijing：Seismological Press.（in Chinese）

廖其林，王振明，邱陶興，等.1990.福州盆地及其周圍地區(qū)地殼深部結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的初步研究［J］.地球物理學(xué)報，33（2）：163-173.Liao Q L，Wang Z M，Qiu T X，et al.1990.Study on the deep crustal structure and tectonics of the Fuzhou Basin and its surrounding Areas［J］.Chinese Journal of Geophysics，33（2）：163-173.（in Chinese）

劉若新，樊祺誠，孫建中.1985.中國幾個地方的石榴石二輝橄欖巖捕虜體研究［J］.巖石學(xué)報，1（4）：24-33.Liu R X，F(xiàn)an Q C，Sun J Z.1985.Study on garnet lherzolite xenoliths from eastern China［J］.Acta Petrologica Sinica，1（4）：24-33.（in Chinese）

馬麗芳.2002.中國地質(zhì)圖集［M］.北京：地質(zhì)出版社.Ma L F.2002.Geological atlas of China ［M］.Beijing：Geology Press.（in Chinese）

陶明信，徐永昌，史寶光，等.2005.中國不同類型斷裂帶的地幔脫氣與深部地質(zhì)構(gòu)造特征［J］.中國科學(xué)：地球科學(xué)，35（5）：441-451.Tao M X，Xu Y C，Shi B G，et al.2005.Mantle degassing and deep geological structure characteristics of different types of fault zones in China ［J］.Scientia Sinica Terrae，35（5）：441-451.（in Chinese）

王基華，孫風(fēng)民，張培仁.1991.H2異常和地震活動的關(guān)系［J］.華北地震科學(xué)，9（2）：59-64.Wang J H，Sun F M，Zhang P R.1991.Relationship between hydrogen anomaly and seismic activities［J］.North China Earthquake Sciences，9（2）：59-64.（in Chinese）

王基華，張培仁，孫鳳民.1982.地震前后地下氫氣異常變化的又一實例［J］.地震，2（4）：17-34.Wang J H，Zhang P R，Sun F M.1982.Another example of abnormal changes in underground hydrogen gas before and after earthquakes ［J］.Earthquake，2（4）：17-34.（in Chinese）

王培宗，陳耀安，曹寶庭，等.1993.福建省地殼-上地幔結(jié)構(gòu)及深部構(gòu)造背景的研究［J］.福建地質(zhì)，7（2）：79-158.Wang P Z，Chen Y A，Cao B T，et al.1993.Crust-upper-mantle structure and deep structural setting of Fujian Province［J］.Geology of Fujian，7（2）：79-158.（in Chinese）

王善雄，陳偉，林琛，等.2019.永安—晉江斷裂帶活動性研究［M］.北京：地質(zhì)出版社.Wang S X，Chen W，Lin C，et al.2019.Study on the activity of the Yong＇an Jinjiang fault zone ［M］.Beijing：Geology Press.（in Chinese）

張健，王蓓羽，唐顯春，等.2018.華南陸緣高熱流區(qū)的殼幔溫度結(jié)構(gòu)與動力學(xué)背景［J］.地球物理學(xué)報，61（10）：3917-3932.Zhang J，Wang B Y，Tang X C，et al.2018.Tempreture structure and dynamic background of crust and mantle beneath the hithead software of the South China continental margin［J］.Chinese Journal of Geophysics，61（10）：3917-3932.（in Chinese）

張培仁，王基華，孫鳳民.1993.氫——預(yù)報地震的靈敏元素［J］.地震地質(zhì)，15（1）：69-77.Zhang P R，Wang J H，Sun F M.1993.Hydrogen-a sensitive element to predictable earthquake［J］.Seismology and Geology，15（1）：69-77.（in Chinese）

張森琦，吳海東，張楊，等.2020.青海省貴德縣熱水泉干熱巖體地質(zhì)-地?zé)岬刭|(zhì)特征［J］.地質(zhì)學(xué)報，94（5）：1591-1605.Zhang S Q，Wu H D，Zhang Y，et al.2020.Geological and geothermal characteristics of hot water spring dry hot rock mass in Guide County，Qinghai Province ［J］.Acta Gedogica Sinica，94（5）：1591-1605.（in Chinese）

趙海玲，F(xiàn)rey F A，Hang S C，等.2003.東南沿海地區(qū)古近紀(jì)大陸巖石圈地幔特征及成因［J］.地學(xué)前緣，10（3）：77-85.Zhao H L，F(xiàn)rey F A，Hang S C，et al.2003.Characteristics and genesis of the Paleogene continental lithospheric mantle in the southeastern coastal region ［J］.Earth Science Frontiers，10（3）：77-85.（in Chinese）

DB/T 24—2007，震例總結(jié)規(guī)范［S］.DB/T 24—2007，Summary specification for earthquake cases［S］.（in Chinese）

Chen Z，Du J G，Zhou X C，et al.2014.Hydrogeochemistry of the hot springs in western Sichuan Province related to the Wenchuan MS8.0 earthquake［J］.The Scientific Word Journal，doi：org/10.1155/2014/901432.

Lee Y H，Byrne T，Wang W H，et al.2015.Simultaneous mountain building in the Taiwan orogenic belt［J］.Geology，43（5）：451-454.

Liao L，Zhou Y，Lin Z，et al.2023.Gas geochemistry of the hot springs gasin Fujian province，SE China：Insight into the deep faults and seismic activity［J］.Front Earth Sci，11：1277100.

Sibuet J C，Zhao M，Wu J，et al.2021.Geodynamic and plate kinematic context of South China Sea subduction during Okinawa trough opening and Taiwan orogeny ［J］.Tectonophysics，817，229050.

Suppe J.1981.Mechanics of mountain building and metamorphism in Taiwan［J］.Memoir of The Geological Society of China，4：67-89.

Tamburello G，Pondrelli S，Chiodini G，et al.2018.Global-scale control of extensional tectonics on CO2 earth degassing［J］.Nat Commun，9：4608.

Tian J，Li Y，Zhou X，et al.2021.Geochemical characteristics of hydrothermal volatiles from southeast China and their implications on the tectonic structure controlling heat convection［J］.Frontiers in Earth Science，9：1863-4621.

Wang B，Zhou X，Zhou Y，et al.2021.Hydrogeochemistry and precursory anomalies in thermal springs of Fujian（Southeastern China）associated with earthquakes in the Taiwan Strait［J］.Water，13（24）：3523.

Zhou X C，Liu L，Chen Z，et al.2017.Gas geochemistry of the hot spring in the Litang fault zone，Southeast Tibetan Plateau［J］.Applied Geochemistry，79：17-26.

Zhou X C，Wang W C，Chen Z，et al.2015.Hot spring gas geochemistry in western Sichuan Province，China after the Wenchuan MS8.0 Earthquake［J］.Terr Atmos Ocean Sci，26（4）：361-373.

Discussion on Geochemical Observation Anomaly and Mechanism of FujianHot Springs before Earthquakes of Magnitude 6 and above in Chinese Taiwan

LIAO Lixia，CHEN Wei，ZHOU Yueyong

（Fujian Earthquake Agency，F(xiàn)uzhou 350003，F(xiàn)ujian，China）

Abstract In order to monitor and predict earthquakes in Fujian and Taiwan of China，we have set up a geochemical observation network at 16 hot spring sites along the main tectonic parts of Fujian，observing the helium-neon-carbon isotope，hydrogen concentration and volume ratio，gas flow rate，and hydrochemical ions in the hot spring gas for short-term and imminent seismic prediction research.Based on the observation results from Jan.，2021 to Jul.，2023，this paper discusses the seismic reflection ability of Fujian hot spring geochemistry on the ML6.8 earthquake in Hualian，Taiwan in 2022 and other earthquakes of magnitude ML6 and above that occurred between 2021 and Jul.，2023.The results show that：①Before the earthquake，there were group anomalies in the geochemistry of Fujian hot springs with reproducibility；Hot spring gases are more prominent，with high value anomalies predominating；the main abnormal forms of hydrochemical ions are upward trend，sustained high values，and oscillations；anomalies have good short-term and imminent prediction significance for the occurrence of strong earthquakes.②The tectonic pattern of Fujian is closely related to Taiwan，and Taiwan earthquakes are mostly caused by plate collision and subduction.The stress can cause the response of Fujian hot springs through deep dynamic conduction of deep faults，leading to anomalies in hot spring gases and hydrochemical ions；The unique mid-acidic geochemical background in Fujian is also one of the factors that contribute to the sensitivity of hydrochemical ions to earthquakes.

Keywords：earthquakes with ML6 or above in Taiwan region；prediction index；hot springs in Fujian region；tectono-geochemical observation network；hot spring gas；hydrochemical ion

收稿日期：2024-06-08.

基金項目：中國地震局地震科技星火計劃攻關(guān)項目（XH21013）.

第一作者簡介：廖麗霞（1965-），高級工程師，主要從事地震地下流體監(jiān)測預(yù)測研究.E-mail：909051757@qq.com.

廖麗霞，陳偉，周躍勇.2025.福建地區(qū)溫泉對中國臺灣6級以上地震映震能力分析［J］.地震研究，48（2）：312-325，doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2025.0033.

Liao L X，Chen W，Zhou Y Y.2025.Discussion on geochemical observation anomaly and mechanism of Fujian hot springs before earthquakes of magnitude 6 and above in Chinese Taiwan［J］.Journal of Seismological Research，48（2）：312-325，doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2025.0033.