第六章 地下流体观测台网

地下流体宏观异常宏观异常1966年邢台地震:邢台马兰大队三口水井异常,3月村南井突然向外喷砂，村东井突然冒气泡、翻油花，而村东北井水突然变苦......1975年海城地震:震前先后发现467口井水位有升降变化，井水翻花冒泡、变浑、变味、变色、浮油花等共449起。某养鱼池，震前4小时水从冰面上的通气孔中突然喷出，水柱高达7尺余。1970年1月云南玉溪地震:某公社旱情严重，在大震前一周几口井水位突然升高，甚至自溢；在大旱情况下河水突然变浑且流量增大；极震区，某水井水位急剧下降，变咸变苦；有的井水，煮的饭变红，……。1966年苏联塔什干5.6级地震：2000米的深井，自1961年起至震前，井水中氡的含量增加了3倍，地震发生后恢复正常。宏观异常大震前震区地下含水岩石在构造运动过程中，受到强烈的挤压或拉伸，引起地下水的重新分布，出现水位的升降，并引发地下水物理、化学性质变化，使水变味、变色、混浊、浮油花、出气泡等。由于地下水与河流之间存在相互补给关系，震前地下水的变化也引起河水流量变化。震前地下水发生的异常变化，是一种很重要的地震前兆现象，是目前预测预报地震的重要手段之一。**宏观异常机理**►地下流体前兆观测是以与孕震过程有关的地下流体的物理动态和化学动态为观测对象，并从中提取与地震孕育过程有关的地下流体物理、化学性质变化信息的为目的的地下流体动态观测。第六章地下流体观测网与观测站地下流体观测网历史地下流体观测网现状地下流体观测站建设的规范化地下流体观测站的环境保护6.1地下流体观测网历史一、地下流体前兆异常初步认识阶段1963年傅承义：震前地下水位变化是值得注意的前兆1964年郭增建：震前地下水位、流量、泉水温度变化与震源区岩石变形引起地层变化有直接关系。1966年3月8日、3月22日分别在邢台隆尧县、宁晋县发生6.8级、7.2级地震。为了监测余震，开展了地下水位、流量、水氡以及水化学组分等观测。二、地下流体前兆观测网建设简史邢台余震区临时观测网京津冀地区观测网全国水文地球化学观测网全国地下水动态观测网全国地热（水温）观测网数字化观测网建设邢台余震区临时观测网1966年邢台宁晋7.2级地震发生后，为了获取可能对下次地震预测有用的信息，开展了地震现场监测工作。对1966年3月26日发生在宁晋百尺口的6.2级地震作出了较好的预测意见，是中国第一次对强余震获得成功预报的范例。京津冀地区观测网邢台地震后，京津震情形势严峻，周总理要求地震部门“要密切注视京津地区地震动向”。期间国家科委地震办公室提出建立京津地区地下水观测网的计划并很快获得批准。李四光先生多次过问并推动此事，明确提出“这个网与一般地下水动态观测网不同，是测量地应力，分析构造活动的一个手段”，“要打专用深井”。推进我国地下流体观测网建设和研究工作。全国水文地球化学观测网1969年7月渤海7.4级地震后，在全国开始建立水文地球化学观测网1975～1976年首先在津、京地区开展观测井、泉水溶解气组分和气体总量观测。1980～1984年，在全国开展了以干扰因素研究、观测资料质量以及地震监测效能等方面的评价工作，对全国300多个水化观测点进行了全面清理。从1986年开始历时5年，到1990年为止，完成了对全国水化观测网的调整验收工作。全国地下水动态观测网1968年开始，首先在京津地区建设了由12口深井，260口中、浅井组成的地下水动态观测网，数据统一汇集到北京水文地质大队进行分析处理。从1975年开始讨论优化和建立专门的地下水动态观测网。从1980～1986年陆续对这6个区域网、共计255个观测点进行全面资料整理、评价和验收工作，我国专业化地下水动态观测网正式建设完成。全国地热（水温）观测网1979年开始研究高精度温度测量技术，地热前兆探索。1984年高精度水温测量仪在云南开始试验工作，至1987年建成以深井水温观测的11个观测点，并首次获得了1988年澜沧-耿马7.6级震前的一组前兆异常资料。此后，全国陆续建设了一批深井水温、中层地温等观测点，至1995年形成了由114个观测点组成的全国地热（水温）观测网。数字化观测网建设我国地震地下流体数字化观测技术于20世纪80年代开始研究和推广。1996～2000年，对全国114个台站进行数字化技术改造。到“十五”末期，我国地下流体观测网中实现数字化观测的台站总数将达到290个。经过近40年的努力，地下流体前兆观测网已初具规模。全国面上约有观测井（泉）1000多处。“九五”地下流体数字化改造观测站分布图南海诸岛区域台国家台20140110110115115105105909010010065130959570135120120751451251258080252535354545303040402015858551015沈阳银川西安太原济南郑州合肥上海杭州武汉南京成都兰州昆明贵阳南宁长沙广州福州台北南昌拉萨西宁北京重庆乌鲁木齐哈尔滨长春呼和浩特南海诸岛“十五”地震地下流体数字化改造观测站分布图三、地下流体前兆观测技术1990年前，主要以机械式观测与人工观测为主1990年后，机电式、数字式。九五期间，进行数字化改造的流体台有限.十五网络项目完成以后，还将有一定数量的机械观测与人工观测。6.2地下流体观测网现状一、观测井、泉点分布81%的水化基本台与77%的水位观测点位于强震活动区（带），多位于活动断裂带上。地震带郯庐带河北平原带山西带扬铜带东南沿海带南北带祁连带天山带水化基本台4104361657水位国家井6655151474211二、观测井深度以中深井（100-1000m）为主，并拥有一批深井(1000m)，但仍有相当多的浅井(100m)。有10%左右为温泉，一般地下水循环深度为1～3km，个别泉点的地下水循环深度超过5km，主要开展水化学组分观测。井深类型浅井中深井深井井深/m100100～500501～10001000～20002001～30003000数量6213138181713百分比22.246.913.66.56.14.7最深的观测井是位于四川省安县的川09井，深5234m；其次是位于新疆乌苏县的新33井，深5010m；再次是位于江苏省泰县的苏24井（深4505m）与四川省江油县川10井（深4076m）。岩性类型未胶结砂层半胶结砂岩胶结砂岩碳酸盐岩结晶岩地下水埋藏类型孔隙水孔隙-裂隙水裂隙-孔隙水岩溶水裂隙水井数4336536471所占百分比16.113.519.924.026.6三、观测含水层类型以结晶岩（岩浆岩、变质岩）裂隙含水层为最多，其次是碳酸盐岩岩溶含水层，再次是砂岩孔隙裂隙含水层。观测含水层90%为承压含水层，其中承压性较高的约占40%（井水均可自流，泉水均为上升泉）。水温类型冷水低温热水中温热水高温热水过热水水温/℃2021～4041～6061～8081～100100井数14076251864百分比52.228.39.36.72.21.5四、观测地下水类型观测井（泉）水的温度有低到不足10℃的和高过100℃的，主要是冷水与低温热水.矿化度类型淡水微咸水咸水盐水矿花度/g.L-111～33～1010井数42162228百分比38.914.820.425.9矿化度：大多不足1g/L，但超过10g/L占四分之一，最高达53g/L（内蒙古八一井）。水化学类型：HCO3型、HCO3·SO4型、HCO3·SO4•Cl型占63%；其次是SO4型、SO4·HCO3型、SO4·Cl型，占22%；再次是Cl型，占15%。五、观测网的分类和观测项目观测对象的测项:地下水动态观测网、地热观测网和水文地球化学观测网。观测功能和技术指标要求:固定观测网和流动观测网。按照功能、布局原则和观测站技术指标:地下流体Ⅰ级固定观测网和地下流体Ⅱ级固定观测网。表3.1.9地下流体动态观测项目一览表观测（介质）对象特性类别观测内容观测项目（测项）地下水物理性质地下水位静水位动水位压力井口压力流量井水流量泉水流量化学性质电导率电导率酸碱度PH值氧化-还原电位Eh值常量离子浓度K+Na+Ca2+Mg2+HCO3-H2SO42-Cl-微量元素及其它组分浓度F-Br-I-Li+Sr2+SiO2地下气物理性质流量气体流（通）量化学性质氡浓度水氡气氡土氡汞浓度水汞气汞土汞其它气体浓度CO2HeH2H2SCH4地热物理性质井水温度浅层水温中层水温深层水温泉水温度泉温土壤温度地温地下油物理性质压力油井压力产量产油量产液量六、地下流体观测网的功能与作用地震（时间.地点.强度）地震活动性地壳形变地电磁地下流体其它1975-2-4海城7.3★●●1976-5-29龙陵7.3★●●★1976-8-16松潘7.2★●●★●1976-11-7盐源6.7★●★●1982-6-16甘孜6.0★★●1990-9-20昌平4.0★●★●1994-2-10共和5.3～5.8★●★●1995-7-12中缅边界7.3★●●★1996-12-21白玉5.5●●★1997-1-30江城5.5★●●★●1997-5-25宣化4.2★●●★1998-10-11宁蒗5.0～6.0★●●★●1999-11-29岫岩5.4★★200-1-15姚安6.5★●●●●2000-1-27弥勒5.5★●★2001-4施甸5.2～5.9★●★●2001-10-27永胜6.0★●★●地下流体异常的数量约占整个前兆异常的一半1966～1999年中国大陆发生的188例Ms≥5.0地震，有803项流体异常与其中126例地震相关。单次震例流体异常数量≥10个的有23次，各类前兆异常的总数为901个，其中地下流体的异常为446个，占49.5%。首都圈1976～1989年间Ms≥5.5级地震震例的210个前兆异常统计，各学科前兆异常的数量及其百分比流体学科105个占50.0%。1998年1月10日张北Ms6.2级地震后各学科的异常统计，流体学科39个占49.3%。信息类型信息种类说明球外引力地球固体潮汐效应水位、水温、流量、水氡、气氡等测项记录到1/3、1/2、1、15天周期的潮汐波动球面荷载大气压力效应水位测项记录到大量大气压力的波动记录海洋潮汐效应离海洋约20km距离内的井水位记录到了海洋潮汐效应江河水体效应离江（河）岸约3km距离内的井水位记录到了水体荷载效应降雨荷载效应深井水位对地表降雨积水（雪）荷载作用有响应列车荷载效应离铁道约1km距离内的井水位记录到了列车荷载效应滑坡、泥石流活动效应个别井水位、水氡观测中发现滑坡滑动与泥石流活动效应矿井坍塌效应个别矿井区的井水位记录到矿井坍塌引起的水位升降变化爆破效应井水位、水氡、水汞等对地下核爆破、矿山爆破等有响应钻孔水压致裂效应井水位、水氡等对邻井水压致裂过程有响应球内动力地震波记录多数水位井与部分水温井记录到地震波作用下的震荡或阶变现象断层蠕动效应断层蠕动作用引起井水位、井水流量等升降变化前驱波记录远大震前几至十几个小时记录到水位的缓慢起伏（周期几至几十分钟）地震前兆异常震前水位、水温（地热）、氡、汞、离子、气体等测项均记录到异常地下流体观测网记录到的地球科学信息“九五”地下流体数字化改造观测站分布图南海诸岛区域台国家台20140110110115115105105909010010065130959570135120120751451251258080252535354545303040402015858551015沈阳银川西安太原济南郑州合肥上海杭州武汉南京成都兰州昆明贵阳南宁长沙广州福州台北南昌拉萨西宁北京重庆乌鲁木齐哈尔滨长春呼和浩特南海诸岛“十五”地震地下流体数字化改造观测站分布图6.3地下流体观测站建设的规范化地下流体前兆观测技术系统基本构成井口装置仪器设备观测井传感器一、观测场地勘选与基本要求►观测场地以能够观测到地壳活动信息和有效避开各