福建省地震學(xué)會(huì)

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福建省地震地下流體學(xué)科發(fā)展報(bào)告

福建省地震學(xué)會(huì)*

該文回顧了地震地下流體學(xué)科的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了福建省地震地下流體學(xué)科當(dāng)前在地下流體監(jiān)測(cè)、科學(xué)理論和前兆機(jī)理工程實(shí)驗(yàn)等方向研究的情況，并針對(duì)目前該學(xué)科發(fā)展中存在的不足之處，建議福建省地震地下流體學(xué)科未來發(fā)展應(yīng)加強(qiáng)前兆理論，開展多測(cè)項(xiàng)和多學(xué)科交叉、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)能力等方面的研究。

地震 地下流體學(xué)科 發(fā)展 福建

1 前言

地震地下流體學(xué)科主要是研究地下水含水層彈性孔隙介質(zhì)在地震孕育過程中受力、變形、破壞所引起的其水位、水溫、水氡以及化學(xué)組分的變化及其前兆特征。研究表明，地下流體在震前、震時(shí)與震后會(huì)呈現(xiàn)長(zhǎng)—中—短—臨異常變化，可以對(duì)地震構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作出靈敏的響應(yīng)，通過地震地下流體的研究可以揭示地殼構(gòu)造作用或地球動(dòng)力學(xué)過程與地下水動(dòng)態(tài)變化之間的相互聯(lián)系的機(jī)制，可以研究在不同地質(zhì)構(gòu)造條件下地殼應(yīng)力應(yīng)變以及地震活動(dòng)等與地下水動(dòng)態(tài)變化的聯(lián)系。

地下流體的異常動(dòng)態(tài)與地震的孕育和發(fā)生過程之間有著密切的成因上的聯(lián)系。地下流體作為地殼介質(zhì)的一種特殊的、最活躍的組分，觀測(cè)的物理量明確，觀測(cè)方法簡(jiǎn)單直觀，它能夠靈敏地反映地震孕育過程中巖石的應(yīng)力應(yīng)變，同時(shí)地下流體的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)巖石的應(yīng)力應(yīng)變過程還產(chǎn)生促進(jìn)作用，因此它是地殼應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)的一種指示器。多年來，地震地下流體學(xué)科獲得大量觀測(cè)資料，在我國(guó)地震預(yù)報(bào)中起著舉足輕重的作用。根據(jù)1966年～1999年大陸188例Ms≥5.0地震中，共有803項(xiàng)流體異常與其中126例地震相關(guān)。對(duì)比各學(xué)科前兆異常數(shù)量及其百分比：地下流體105個(gè)，50.0%；形變學(xué)科72個(gè)，34.3%；電磁學(xué)科33個(gè)，15.7%。另外，1975年～2001年成功預(yù)報(bào)破壞性地震24次，其中地下流體學(xué)科為成功預(yù)測(cè)提供依據(jù)16次，提供決策性依據(jù)13次，居測(cè)震之外的各類前兆學(xué)科之首。以上數(shù)據(jù)足可見地下流體學(xué)科在地震預(yù)報(bào)中所處的重要地位。

但是，客觀地說，我們的地震預(yù)報(bào)水平還很有限，地下流體學(xué)科研究工作還有很大困難。王慶良總結(jié)了當(dāng)前預(yù)報(bào)水平低的客觀原因：強(qiáng)震發(fā)生概率??；監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)稀少（許多異常捕捉不到）；震源深，地表干擾大，不能深入地下觀測(cè)；地震現(xiàn)象復(fù)雜；科學(xué)發(fā)展水平有限，地震孕育過程和前兆異常變化機(jī)理認(rèn)識(shí)不夠。陳顒院士指出：研究地下流體，特別是研究孔隙流體存在兩方面困難：一是觀測(cè)方面，地面上用各種方法觀測(cè)到的是巖石作為多相的平均性質(zhì)，根據(jù)這種平均性質(zhì)反推地下流體存在的形式和數(shù)量，屬典型的反演問題；二是存在于固體巖石骨架與流動(dòng)的孔隙流體的相互作用，這種作用表現(xiàn)為非線性的數(shù)學(xué)關(guān)系。因此，地下流體研究工作有更深、更遠(yuǎn)、更好的發(fā)展，還需要廣大工作者共同努力。

2 國(guó)內(nèi)外地震地下流體學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國(guó)際地震地下流體學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀

早在上世紀(jì)30年代以來，西方國(guó)家對(duì)地下流體的研究，主要興趣放在承壓含水層的井水位變化對(duì)體應(yīng)變固體潮進(jìn)行響應(yīng)的觀測(cè)分析方面，直到上世紀(jì)70～80年代，隨著發(fā)現(xiàn)在大震前地下水氡含量增加，才引起了對(duì)地下流體用于地震監(jiān)測(cè)的興趣和重視。地震前水位異常的原因很多，除了與地震有關(guān)的構(gòu)造應(yīng)力引起的變化外，還有固體潮、氣侯變化、人為因素等的影響。而強(qiáng)震震后的水位變化則不同，它直接是由地震的發(fā)生引起的。國(guó)外也有很多學(xué)者對(duì)水震波做過研究，一些學(xué)者（Wakita，1975；Quilty，1997）認(rèn)為幾個(gè)震源體范圍內(nèi)的承壓含水層的水位階梯狀變化是由于多孔彈性介質(zhì)對(duì)靜態(tài)應(yīng)力場(chǎng)的響應(yīng)；Blanchard等(1935)用一個(gè)有限開口空腔代表含水層，給出了水位波動(dòng)振幅與地球縱向位移的比值。Eaton等(1959)通過計(jì)算求得了一個(gè)開口井水位波動(dòng)最大振幅，并給出了地震波類型和波長(zhǎng)與振幅之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。Pexin等(1962)建立了一個(gè)井孔的響應(yīng)與遠(yuǎn)震之間的關(guān)系，得到“井水地震儀”的放大倍數(shù)與波動(dòng)周期的關(guān)系。Cooper等(1965)認(rèn)為開口井孔中水位波動(dòng)對(duì)地震波響應(yīng)的程度取決于井孔的尺寸、含水層的導(dǎo)水系數(shù)、貯水系數(shù)和孔隙度以及波的類型，任何類型的能夠造成含水層體膨脹或垂直運(yùn)動(dòng)的地震波都能引起井水位的波動(dòng)，但對(duì)體膨脹的響應(yīng)要比對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)的大得多，能同時(shí)引起膨脹和垂直運(yùn)動(dòng)的瑞雷波造成的井水位波動(dòng)最大，并給出了不同井孔尺寸和含水層常數(shù)情況下井水位波動(dòng)幅度曲線。

近幾年來，不斷出現(xiàn)一些井水位對(duì)上百公里外的地震持續(xù)單調(diào)變化響應(yīng)的報(bào)道，這種響應(yīng)是由地震波引起的。單調(diào)變化的持續(xù)時(shí)間因地震不同而異，短者可在幾秒內(nèi)突跳到峰值，長(zhǎng)的單調(diào)變化可持續(xù)數(shù)天到數(shù)周，水位變化幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了根據(jù)靜態(tài)應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算的結(jié)果(Roeloffset.al，1998；King 1999；Brodsky，2003)。

分析美國(guó)、日本、俄羅斯等國(guó)家的地震預(yù)報(bào)研究思路，在理論研究方面重視觀測(cè)資料的反演問題，建立模型進(jìn)一步解釋地殼動(dòng)力學(xué)特征；在分析前兆資料對(duì)地震預(yù)測(cè)的作用方面，注重資料的可靠性和穩(wěn)定性；在觀測(cè)技術(shù)方面，重視多手段的比測(cè)研究，發(fā)展盡可能避開地表環(huán)境干擾、接近深部物質(zhì)活動(dòng)的觀測(cè)技術(shù)。對(duì)地震前兆機(jī)理的認(rèn)識(shí)，仍然建立在前兆觀測(cè)對(duì)構(gòu)造活動(dòng)應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)的基礎(chǔ)上。

2.2 國(guó)內(nèi)地震地下流體學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀

2.2.1臺(tái)網(wǎng)建設(shè)與觀測(cè)技術(shù)

中國(guó)大陸地震地下流體觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)現(xiàn)有專業(yè)觀測(cè)臺(tái)站（點(diǎn)）350余個(gè)，構(gòu)成了以水文地球化學(xué)、地下水動(dòng)態(tài)和地?zé)?大固定觀測(cè)網(wǎng)，觀測(cè)項(xiàng)目主要以地下水位、地?zé)幔ㄋ疁?、地溫）、流量、氡、汞、氫、氦、CO2，以及溶解于地下水離子組分等。觀測(cè)點(diǎn)以斷裂帶上出露的溫泉和井深為150～400m的淺層承壓水，以及1500～3500m的深層承壓水為主，同時(shí)，還開展活斷層土壤氣（氡、汞、CO2等）的連續(xù)觀測(cè)，構(gòu)成深淺結(jié)合的立體觀測(cè)技術(shù)體系?！笆濉逼陂g，我國(guó)在華北、西北、西南建設(shè)3個(gè)流動(dòng)觀測(cè)技術(shù)系統(tǒng)，其任務(wù)是進(jìn)行固定觀測(cè)站的背景值觀測(cè)；在強(qiáng)震危險(xiǎn)區(qū)或危險(xiǎn)區(qū)進(jìn)入短期階段開展加密觀測(cè)和宏觀異常的評(píng)估；在強(qiáng)震發(fā)生后開展現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)。

20世紀(jì)80年代開始，我國(guó)逐步開展從模擬觀測(cè)到數(shù)字化觀測(cè)技術(shù)的改造，目前，除水位、水溫、氡、汞等日常觀測(cè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)數(shù)字化觀測(cè)外，在“九五”、“十五”期間，還開展了二氧化氮、氣體總量、pH值、渾濁度、微流量等新的數(shù)字化儀器的研制。數(shù)字化觀測(cè)技術(shù)的應(yīng)用和推廣標(biāo)志著我國(guó)地震地下流體觀測(cè)網(wǎng)在科學(xué)技術(shù)上的重大進(jìn)步。

隨著“九五”、“十五”數(shù)字化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，數(shù)字化觀測(cè)已在全國(guó)全面鋪開。“九五”期間已對(duì)28個(gè)省、市、自治區(qū)114個(gè)觀測(cè)站進(jìn)行數(shù)字化技術(shù)改造，其中104個(gè)觀測(cè)站的水位與水溫（地?zé)幔┯^測(cè)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、61個(gè)人工取樣水氡觀測(cè)站改造成數(shù)字化氣氡觀測(cè)站、21個(gè)人工取樣水汞觀測(cè)站改造成數(shù)字化氣汞觀測(cè)站、新上了4個(gè)數(shù)字化氦氣觀測(cè)站、3個(gè)數(shù)字化氫氣觀測(cè)站。隨著“十五”數(shù)字化進(jìn)程的推進(jìn)，又有134個(gè)觀測(cè)站的水位、141個(gè)觀測(cè)站的水溫（地?zé)幔?0個(gè)觀測(cè)站的水氡、30個(gè)觀測(cè)站的水汞觀測(cè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。

目前，觀測(cè)技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在高新技術(shù)和綜合技術(shù)的應(yīng)用方面。如探索研究耐高溫、耐高壓的光纖傳感器、納米技術(shù)傳感器、網(wǎng)絡(luò)傳感器、溫度和水位綜合傳感器、高精度孔隙壓傳感器等。

2.2.2理論方法和機(jī)理研究

多年來，地震地下流體學(xué)科不斷探索理論方法和地震前兆機(jī)理的研究工作。

20世紀(jì)80年代，通過對(duì)流體前兆機(jī)理的研究，李宣瑚提出了地下水氡濃度前兆異常的“擴(kuò)散—收縮模式”；車用太提出了應(yīng)用應(yīng)力—含水層變形—水動(dòng)力條件改變等作用過程，解釋了地下水位上升、下降的機(jī)理，及基于前兆的空間分布特點(diǎn)和在地震預(yù)測(cè)中的作用，提出了“源兆、場(chǎng)兆與遠(yuǎn)兆”的觀點(diǎn)。

朱慶杰（2003）通過地下巖體天然裂縫的數(shù)值模擬及其對(duì)流體活動(dòng)的控制研究，認(rèn)為斷層、裂縫和區(qū)域不整合面構(gòu)成了流體活動(dòng)的通道，流體主要分布在通道附近。裂縫的發(fā)育程度決定了巖體流體的儲(chǔ)存能力，從而進(jìn)一步?jīng)Q定了巖石力學(xué)性質(zhì)的變化，是巖石遭受進(jìn)一步破壞的前提條件。該研究給我們的啟示是：活動(dòng)斷層中一定富含流體，流體的存在促使了斷層的進(jìn)一步活動(dòng)，監(jiān)測(cè)流體的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)判定斷層活動(dòng)乃至地震活動(dòng)是有堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的。

車用太等人（2003）通過對(duì)地殼中流體動(dòng)力學(xué)模型的研究，根據(jù)影響地震流體動(dòng)力特性的主要因素和介質(zhì)滲透特征，把地殼深流場(chǎng)分為深度小于6km的淺部帶、6～17km的過渡帶和大于17km的深部帶。分析了不同地質(zhì)環(huán)境各種地質(zhì)作用對(duì)地震流體系統(tǒng)的作用特征。對(duì)地殼中普遍存在的異?？紫秹毫ΜF(xiàn)象，從流體動(dòng)力學(xué)的角度進(jìn)行了解釋，認(rèn)為周期性地震活動(dòng)是形成異常高孔隙壓力的主導(dǎo)因素。

劉耀煒等人（2004）在“十五”國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目“地下流體短期前兆特征及機(jī)理解釋”項(xiàng)目研究中，系統(tǒng)總結(jié)了“單一型”和“復(fù)合型”兩類流體短期前兆的“源兆”與“場(chǎng)兆”的特征，提出了流體短期前兆產(chǎn)生的機(jī)理和過程模型。提出不同地殼結(jié)構(gòu)類型，直接影響強(qiáng)震孕育過程；由于巖石圈流體通道中的存在，使得中地殼低速高導(dǎo)體容易受到熱擾動(dòng)影響，由此產(chǎn)生的熱應(yīng)力與構(gòu)造應(yīng)力迭加，是地震發(fā)生和派生短期前兆的主要原因之一。對(duì)流體短期前兆產(chǎn)生的動(dòng)力源的分析認(rèn)為，淺層流體活動(dòng)和深部熱物質(zhì)的上涌的熱能擾動(dòng)是流體短期前兆產(chǎn)生的兩個(gè)最主要因素。

近年，劉耀偉等通過大量臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)的掃描處理和震例研究，分析了地下流體強(qiáng)震短期前兆的典型特征，提出了典型短期前兆特征依托的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和理論依據(jù)，進(jìn)行了數(shù)值模擬和理論解釋，通過數(shù)值模擬方法探討了短期地震活動(dòng)性圖像和強(qiáng)余震觸發(fā)機(jī)理。

通過“九五”、“十五”攻關(guān)研究，提出地下流體儲(chǔ)量變化是地震和多種前兆發(fā)生的附加力源的觀測(cè)，提出了流體對(duì)孕震過程有控制作用的論點(diǎn)和地殼硬夾層與流體促震假說，對(duì)前兆異常產(chǎn)生的機(jī)理提出了破裂力學(xué)成因、介質(zhì)狀態(tài)變化成因和物質(zhì)運(yùn)移成因等3種成因類型，提出了前兆的深淺部流體耦合作用伴生模式。

2.2.3同震響應(yīng)和震后效應(yīng)

同震響應(yīng)和震后效應(yīng)是目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)之一。有關(guān)含水層對(duì)地震波的響應(yīng)研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量工作，取得了許多成果。

汪成民等(1988)通過對(duì)大量井水位記錄資料的分析研究發(fā)現(xiàn)：震中距大于2000km時(shí)以振蕩型為主，震中距小于500km時(shí)以階變型為主，震中距為500～2000km時(shí)以兩種變化型態(tài)的混合型為主。只出現(xiàn)水位振蕩變化的井孔，地震波引起的水位變化在振蕩過后仍會(huì)按照原來的形態(tài)變化;出現(xiàn)水位單調(diào)變化的井孔，其水位埋深有的是永久的改變，不能恢復(fù)到震前的狀態(tài)，有些井則在地震之后或快或慢趨向于恢復(fù)，恢復(fù)調(diào)整過程中的變化形態(tài)不同于正常的水位變化。

丁仁杰(1990)、萬登堡(1992)、魚金子、車用太等(1995)注意到井水位記震能力隨時(shí)間的變化，尋找其與含水層應(yīng)力狀態(tài)的關(guān)系，認(rèn)為單井及群井井孔水位記震能力的顯著變化與近大地震有一定關(guān)系。

國(guó)內(nèi)學(xué)者(張昭棟等，2000)對(duì)山東5口水井進(jìn)行SLUG(把一圓柱體迅速放入井水位以下或取出模擬注水、抽水)試驗(yàn)，認(rèn)為水井含水層系統(tǒng)對(duì)地震波的響應(yīng)主要取決于水井含水層系統(tǒng)的固有振動(dòng)周期和振動(dòng)的阻尼系數(shù)及含水層的滲流特性。固有振動(dòng)周期越是接近瑞利波的振動(dòng)周期(20s)，振動(dòng)的阻尼系數(shù)越小，滲透系數(shù)越大，井水位對(duì)地震波的響應(yīng)越強(qiáng)烈。

大地震發(fā)生后的外圍井點(diǎn)對(duì)其響應(yīng)或被激發(fā)而形成的異常統(tǒng)稱為地下水的震后效應(yīng)(汪成民，2001)。通過分析大量變化各異的地下水震后效應(yīng)記錄，可從形態(tài)上將它們分為兩類:快速的振蕩變化和持續(xù)的單調(diào)變化;后一種類型視形成時(shí)間的長(zhǎng)短又可分為急速的階躍變化和緩變。這三種變化型態(tài)有時(shí)候是單個(gè)出現(xiàn)，有時(shí)候是組合出現(xiàn)。

吳培雅等利用2003年至2005年6月東三旗臺(tái)站的GPS、體應(yīng)變和水位觀測(cè)2年半的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)三種觀測(cè)方法不僅能觀測(cè)到固體潮與地面沉降，還能觀測(cè)地殼變形異常，但在該文中，水化觀測(cè)值還是以長(zhǎng)度L作為量綱，未能與采用體應(yīng)變儀得到的體應(yīng)變值進(jìn)行對(duì)比分析，造成此問題的原因是因?yàn)闆]有找到一種對(duì)井水位觀測(cè)值進(jìn)行標(biāo)定從而給出其格值的可行方法。

晏銳等人利用昌平井體應(yīng)變、水位對(duì)2004年12月26日印尼8.7級(jí)地震的響應(yīng)特征進(jìn)行了分析。分析結(jié)果表明，安裝在鉆井中的體應(yīng)變儀所記錄到的由印尼8.7級(jí)地震所引起的體應(yīng)變最大幅度為1.9222×10-7，而鉆井水位記錄到的水震波最大幅度為102.6mm，因未能得到觀測(cè)格值，不能就安裝在井孔中的體應(yīng)變儀結(jié)果與井水位所得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

水位的階躍變化也是一種常見的震后水位變化現(xiàn)象。汪成民等(1988)通過對(duì)唐山地震引起的井水位階變異常研究，認(rèn)為水位階變空間分布基本上反映了地震后構(gòu)造塊體應(yīng)力調(diào)整圖象；張昭棟等(1994)認(rèn)為承壓水位是含水層應(yīng)力應(yīng)變的反映，與區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)有關(guān)，水位的變化包含有地震前兆信息，進(jìn)一步分析了井水位階變與含水層所受應(yīng)力之間的定量關(guān)系，給出了利用承壓井潮汐理論反演含水層應(yīng)力變化的方法，并估算了日本秋田7.7級(jí)地震時(shí)引起中國(guó)應(yīng)力場(chǎng)的調(diào)整；李有才(1995)對(duì)四川幾口井的資料分析認(rèn)為，強(qiáng)震同震階變對(duì)預(yù)報(bào)未來的強(qiáng)震有指示意義；王道(2000)認(rèn)為地下水的階躍變化與地震破裂、構(gòu)造牽動(dòng)、塊體調(diào)整有關(guān)；黃輔瓊等(2000)認(rèn)為大震引起的異?？臻g叢集區(qū)，對(duì)未來的短期至中短期地震危險(xiǎn)區(qū)有指示意義。萬登堡、付虹等(2002)把水震波、階變稱為同震效應(yīng)，而把地震波經(jīng)過后緊跟的水位異常變化稱為震后效應(yīng)，提出震后效應(yīng)的單井、密集、條帶、遷移等空間分布可對(duì)老震區(qū)余震、外圍區(qū)及井位附近牽動(dòng)性后繼地震地點(diǎn)有指示意義。

陳大慶等（2006）總結(jié)出了目前國(guó)內(nèi)關(guān)于井—含水層系統(tǒng)對(duì)地震波同震響應(yīng)研究的6個(gè)方向的進(jìn)展：第一是對(duì)地震水震波記錄特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為同震水震波以記錄淺震為主，單井的水震波記錄通常具有方向性。第二是對(duì)井—含水層系統(tǒng)水震波記震能力的研究，認(rèn)為井—含水層系統(tǒng)對(duì)地震波有天然的放大效能，不同井孔的放大倍數(shù)的大小取決于井—含水層系統(tǒng)的多方面因素，而最重要的因素可能是其導(dǎo)水能力，井—含水層的導(dǎo)水系數(shù)越大，其滲透性能越好，對(duì)井水位振蕩時(shí)產(chǎn)生的阻力越小，對(duì)地震波的響應(yīng)幅度越大，響應(yīng)次數(shù)越多。第三是區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)變化與井—含水層系統(tǒng)水震波記震能力關(guān)系的研究，認(rèn)為當(dāng)?shù)卣鹪杏倪^程使含水層受力狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，有可能引起井孔水震波記震能力的顯著變化。當(dāng)含水層受壓應(yīng)力作用而空隙率變小，井由此引起滲透性變?nèi)鯐r(shí)，井孔水震波記震能力可能降低，記震幅度變小，振蕩持續(xù)時(shí)間變短；相反，含水層受張應(yīng)力作用而空隙率變大，井由此引起滲透性變強(qiáng)時(shí)，井孔水震波記震能力可能加強(qiáng)，記震幅度變大，振蕩持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)。第四是對(duì)井—含水層系統(tǒng)響應(yīng)頻率的研究，認(rèn)為井—含水層系統(tǒng)對(duì)地殼中含水層應(yīng)力應(yīng)變的響應(yīng)頻率域是較廣的，可記錄到地震波中的瑞雷波（周期為10～20s）、潮汐波動(dòng)（周期為1/3～1/2d）、氣壓波動(dòng)（周期為數(shù)小時(shí)～數(shù)天）。但各井對(duì)不同頻帶的信息響應(yīng)能力是不同的，這種響應(yīng)能力的差異一般認(rèn)為取決于井—含水層系統(tǒng)對(duì)不同頻率信息的共振周期、放大系數(shù)和阻尼系數(shù)等。第五是同震波產(chǎn)生機(jī)理的研究，認(rèn)為任何類型的能夠造成含水層體膨脹或垂直運(yùn)動(dòng)的地震波都能引起水位的波動(dòng)，水位的波動(dòng)主要由瑞雷波引起，因?yàn)槿鹄撞赏瑫r(shí)引起膨脹或垂直運(yùn)動(dòng)。當(dāng)這些波通過含水層時(shí)，含水層內(nèi)孔隙介質(zhì)發(fā)生體積變化使得水位震蕩。第六是同震氣泡脫逸現(xiàn)象的研究，當(dāng)水位同震出現(xiàn)水震波時(shí)，同井水溫大幅下降，并且在水面能夠觀測(cè)到大量的氣泡上涌。因此認(rèn)為水溫同震下降的機(jī)制和井水氣體的釋放有關(guān)，當(dāng)氣體釋放時(shí)，帶走了熱量從而降低了水溫，而水震波的成因也和氣體脫逸有關(guān)。

2.2.4野外實(shí)驗(yàn)和室內(nèi)研究

早在地震科學(xué)研究的初期，野外實(shí)驗(yàn)研究就被作為一種非常重要的研究手段?！笆濉逼陂g，我國(guó)利用三峽水庫蓄水過程的緩慢加載作用，研究了庫區(qū)周圍水位、水溫以及氣氡連續(xù)變化的過程；在甘肅利用井下爆破實(shí)驗(yàn)，開展了地聲、流量、深井溫度以及水化學(xué)組分的應(yīng)力加載實(shí)驗(yàn)，對(duì)比5臺(tái)強(qiáng)震記錄，進(jìn)行了振動(dòng)能量定量分析研究，研究應(yīng)力加載過程中的流體前兆機(jī)理。

目前，實(shí)驗(yàn)地球化學(xué)對(duì)高溫高壓下超臨界物質(zhì)的研究，以及流體本身的動(dòng)力學(xué)作用受到地學(xué)界的關(guān)注。針對(duì)性地進(jìn)行以驗(yàn)證地震科學(xué)某些理論觀點(diǎn)的流體實(shí)驗(yàn)研究，是地震流體學(xué)科基礎(chǔ)研究的重要部分。地下流體的實(shí)驗(yàn)研究不僅重視前兆異常信息形成的機(jī)理，還注意信息的傳遞與表現(xiàn)機(jī)理的研究，如利用水動(dòng)力學(xué)模型完成了地下水化學(xué)和逸出氣異常信息遷移的實(shí)驗(yàn)研究等。

2.2.5預(yù)報(bào)方法和實(shí)踐

在我國(guó)，地震預(yù)報(bào)基本可以歸納為兩個(gè)階段，即經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)階段和由經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)向統(tǒng)計(jì)概率預(yù)報(bào)發(fā)展階段。在此期間，許多學(xué)者對(duì)如何應(yīng)用流體觀測(cè)資料進(jìn)行地震預(yù)報(bào)作了大量的研究，從“七五”到“十五”，研究并完善了一系列地下流體預(yù)報(bào)指南，建立了強(qiáng)地震流體異常短期預(yù)報(bào)思路與方法，完成了水位水化短臨預(yù)報(bào)綜合判定方法軟件、地?zé)幔ㄋ疁兀┣罢讛?shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)。

從開展地震地下流體研究40年來，在地震預(yù)報(bào)實(shí)踐中做了大量的工作，并取得了一定成效。40年來，利用地下流體異常對(duì)我國(guó)大陸發(fā)生的一些強(qiáng)震作出了較好的預(yù)測(cè)意見，如1976年龍陵7.4級(jí)地震（水氡、水溫）、松潘7.2級(jí)地震（水位、水氡、水化組分）、1990年青海共和7.0級(jí)地震（水氡）、1994年云南瀾滄7.4級(jí)地震（水溫）、1998年張北6.4級(jí)地震（水氡、水溫、二氧化碳）等。根據(jù)1966年～1999年大陸188例Ms≥5.0地震中，共有803項(xiàng)流體異常與其中126例地震相關(guān)。另外，1975年～2001年成功預(yù)報(bào)破壞性地震24次，其中地下流體學(xué)科為成功預(yù)測(cè)提供依據(jù)16次，提供決策性依據(jù)13次，居測(cè)震之外的各類前兆學(xué)科之首。

另外許多學(xué)者應(yīng)用現(xiàn)有的觀測(cè)資料，對(duì)地下流體預(yù)報(bào)工作做了大量的嘗試。簡(jiǎn)春林（2004）根據(jù)《中國(guó)震例》（1969年～1999年）在中國(guó)大陸發(fā)生Ms≥5.0地震188次震例資料，將其中與流體異常相關(guān)的126個(gè)震例中的803項(xiàng)流體異常按異常出現(xiàn)、異常轉(zhuǎn)折至發(fā)震隨時(shí)間變化和異常數(shù)量隨震中距距離變化分布的時(shí)、空特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析。研究結(jié)果表明，無論是趨勢(shì)性異常還是短臨異常，在不同的時(shí)間段中，異常數(shù)量呈現(xiàn)出明顯的階段性分布特征；異常數(shù)量空間分布會(huì)隨震中距的變化而不同。在統(tǒng)計(jì)研究中還表明，兩者在時(shí)、空分布方面有較好的一致性。

晏銳等（2004）對(duì)中國(guó)大陸1969年以來11次7級(jí)強(qiáng)震前地下流體前兆觀測(cè)資料分階段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并選用雷達(dá)圖描述了中國(guó)大陸7級(jí)強(qiáng)震前地下流體前兆異常的時(shí)空特征，認(rèn)為其特征主要表現(xiàn)在：異常出現(xiàn)時(shí)間上的階段性與不均勻性，中長(zhǎng)期趨勢(shì)性異常分散，短臨異常相對(duì)集中，且各占總異常比例的50%左右；震前異常集中在一定的范圍內(nèi)，沿活動(dòng)斷裂呈現(xiàn)出一定的集中性；中長(zhǎng)期趨勢(shì)異常較早出現(xiàn)在震源區(qū)附近，并呈現(xiàn)出由震源區(qū)向外圍擴(kuò)散—收縮—擴(kuò)散—收縮的過程，特別是進(jìn)入短臨階段后，異常向震源區(qū)收縮的趨勢(shì)更為明顯；在震源區(qū)（或在距震源較近的范圍內(nèi)）異常所占的比例大，遠(yuǎn)離震源區(qū)所占比例小，且有由震源區(qū)向外圍逐漸減小的趨勢(shì)。

3 福建省地震地下流體學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 福建省地下流體監(jiān)測(cè)

福建省地下流體監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)建立了一套地下水化學(xué)動(dòng)態(tài)以水氡為主，水化學(xué)組分為背景性監(jiān)測(cè)；地下水物理動(dòng)態(tài)以水位為主，流量、水溫相互配合的綜合觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)。監(jiān)測(cè)水點(diǎn)的布設(shè)思路是，一方面根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造、水文條件、地震活動(dòng)及觀測(cè)要求，按淺、中、深不同井深布設(shè)井泉，和監(jiān)測(cè)主要地震活動(dòng)區(qū)域的前兆信息需要，沿長(zhǎng)(樂)詔(安)斷裂和我省主要幾條北西向斷裂帶的交匯處地區(qū)以及其它地震活動(dòng)區(qū)域布設(shè)地下流體監(jiān)測(cè)水點(diǎn)。

早期的水氡臺(tái)網(wǎng)均以FD—125氡釷觀測(cè)儀工作，上世紀(jì)80年代至90年代中期，福建水氡臺(tái)網(wǎng)的觀測(cè)系統(tǒng)處于全國(guó)水氡觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)的先進(jìn)行列，其中福州、漳州兩個(gè)專業(yè)臺(tái)站1989年均被中國(guó)地震局列入全國(guó)地下流體基本臺(tái)網(wǎng)，其余水氡觀測(cè)點(diǎn)均系省屬網(wǎng)點(diǎn)；1994年9月由蔡詩凰同志主持(與漳州地震臺(tái)張遠(yuǎn)城同志及廈門大學(xué))的“逸出氡氣電離法連續(xù)自記儀研制”的國(guó)家地震局臺(tái)站“三結(jié)合”課題被批準(zhǔn)，資助研究經(jīng)費(fèi)3000元。1998年6月，省局水化中心站由曾飛同志主持的在福州的烏鴉嘴泉結(jié)合國(guó)家地震局“131”工程配備的SD—3型自動(dòng)測(cè)氡儀開展試觀測(cè)研究，其結(jié)果表明：只要研制宜于脫氡的泉口觀測(cè)裝置，在泉點(diǎn)低水頭觀測(cè)條件下，也是可以開展逸出氡數(shù)字化觀測(cè)；該實(shí)驗(yàn)還對(duì)氡氣流徑與排放，泉點(diǎn)周邊基建、排污等影響作了較有特色的研究。長(zhǎng)樂土壤氡氣觀測(cè)點(diǎn)(原采用FD—3017RaA氡釷觀測(cè)儀，后先后采用了國(guó)家地震局分析預(yù)報(bào)中心申春生等人研制的ZHNC—2型智能多路測(cè)量?jī)x和北京市射線研究中心生產(chǎn)的RCM—2型氡連續(xù)監(jiān)測(cè)儀，2000年初因儀器故障停測(cè))雖未列入省屬網(wǎng)點(diǎn)，就其觀測(cè)環(huán)境和監(jiān)測(cè)方式均為全國(guó)少有的幾個(gè)跨斷層、監(jiān)測(cè)條件較好的土壤氡氣觀測(cè)點(diǎn)。

早期的水位臺(tái)網(wǎng)均以SW40—1型機(jī)械式水位儀開展監(jiān)測(cè)，我省各省屬水位觀測(cè)臺(tái)站上世紀(jì)80年代初均被列為全國(guó)水位基本觀測(cè)點(diǎn)；1996年全國(guó)地下流體學(xué)科協(xié)調(diào)組組織全國(guó)觀測(cè)資料評(píng)比時(shí)，將福清市地震辦的龍?zhí)镉^測(cè)站納入省局水化中心站，組成福州地下流體綜合觀測(cè)臺(tái)，同樣列入省局水化中心站的全國(guó)地下流體基本臺(tái)，該井以響應(yīng)潮汐變化著稱，日潮差列全國(guó)之最；永安井屬我國(guó)南方少數(shù)千米井深的地震監(jiān)測(cè)專用井；南靖湯坑群孔水位觀測(cè)網(wǎng)點(diǎn)也屬我國(guó)極少幾個(gè)跨斷層地震監(jiān)測(cè)專用井群之一。

1997年初，福州市地震局在福清市地震辦龍?zhí)锼挥^測(cè)站將原來的SW40—1型機(jī)械式水位儀更換為國(guó)家地震局分析預(yù)報(bào)中心申春生同志研制的DSF型流體綜合數(shù)字遙測(cè)系統(tǒng)開展水位監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)于1998年4月13日通過省局驗(yàn)收。在一年多較為穩(wěn)定的觀測(cè)情況下，省局和福州、三明兩市地震局于1998年11月在福州市平潭北霧里井(該井系將原來的SW40—1型機(jī)械式水位儀更換為DSF型流體綜合數(shù)字遙測(cè)系統(tǒng))，閩清縣的梅埔井(該井也系將原來的SW40—1型機(jī)械式水位儀更換為DSF型流體綜合數(shù)字遙測(cè)系統(tǒng)，該水點(diǎn)屬地方臺(tái)網(wǎng)，但屬省局95—01—02課題水口項(xiàng)目水位監(jiān)測(cè)點(diǎn))，三明市尤溪縣的喑坑井(該井系新建水點(diǎn)，該水點(diǎn)屬地方臺(tái)網(wǎng)，但屬省局95—01—02課題水口項(xiàng)目水位監(jiān)測(cè)點(diǎn))安裝了該系統(tǒng)，試觀測(cè)期間運(yùn)行情況不佳，3臺(tái)觀測(cè)系統(tǒng)均告停測(cè)。國(guó)家地震局分析預(yù)報(bào)中心鄂秀滿、申春生等同志先后于1999年7月和12月兩次到上述3個(gè)水點(diǎn)維修該系統(tǒng)，但該系統(tǒng)運(yùn)行仍不是很正常。在閩清縣梅埔井安裝的該系統(tǒng)于2000年5月12日通過省局驗(yàn)收。

近年來，省局和有關(guān)地市地震局進(jìn)一步開展了地下流體數(shù)字化觀測(cè)的應(yīng)用工作探索，水化中心站由曾飛同志主持在省局機(jī)關(guān)大院原宿舍區(qū)溫泉用水井——華林1號(hào)井用SW40—1型機(jī)械式水位儀于1999年8月27日開展了試觀測(cè)，2000年3月17日對(duì)該井開展了水氡、PH、HCO3-、CO32-、F-、水電導(dǎo)、Cl-、可溶性SiO2測(cè)試，4月底對(duì)該井進(jìn)行水溫梯度實(shí)驗(yàn)。根據(jù)省局監(jiān)測(cè)處的安排，建材設(shè)計(jì)院鉆機(jī)隊(duì)于5月18日開始對(duì)華林1號(hào)井進(jìn)行清孔，后發(fā)現(xiàn)50米變徑處有滯留小口徑套管，因而停止清孔；7月21日省第二水文隊(duì)鉆機(jī)隊(duì)開始在華林1號(hào)井東側(cè)約0.7米左右，重開一口井深171米的中深井(后稱華林2號(hào)井)。9月30日完鉆。10月31日LN—3型數(shù)字式水位儀在華林2號(hào)井開始試測(cè)，2000年11月3日，華林2號(hào)井通過省局驗(yàn)收。1999年7月，泉州市地震局晉江市地震辦在其大院鉆一口100米左右的專用井，用于地震地下流體數(shù)字化綜合觀測(cè)，由于SW40—1型水位儀試測(cè)效果不佳，2000年4月省局水化中心站到晉江對(duì)該井進(jìn)行用SZW—1A型數(shù)字式水溫儀進(jìn)行試測(cè)，效果不錯(cuò)(不受抽水影響)。泉州市地震局惠安縣地震辦于2000年9月在該縣小學(xué)院內(nèi)鉆一口100多米專用井，用于地震地下流體數(shù)字化綜合觀測(cè)。泉州市地震局南安市地震辦于2000年2月向省局提出在南安市羅東鎮(zhèn)小羅溪溫泉井建立地震前兆觀測(cè)站，擬開展地震地下流體數(shù)字化綜合觀測(cè)。寧德市地震辦于1998年9月在原4號(hào)泉附近鉆一口61米多的專用井，用于地震地下流體數(shù)字化綜合觀測(cè)，該辦由蔡作馨同志主持在該井采用SW40—1型水位儀、FD—125氡釷觀測(cè)儀開展了“單井綜合觀測(cè)雙循環(huán)系統(tǒng)”的實(shí)驗(yàn)研究，2000年3月通過省局組織的驗(yàn)收。該辦又在上述研究的基礎(chǔ)上，加上SD—3型自動(dòng)測(cè)氡儀進(jìn)行試測(cè)，水流循環(huán)范圍也局限于觀測(cè)層，進(jìn)一步開展“采用循環(huán)法實(shí)現(xiàn)靜水位水化單井綜合觀測(cè)”研究，該井于2000年7月開始正式用SW40—1型水位儀、FD—125氡釷觀測(cè)儀開始觀測(cè)水位、水氡。福州市地震局福清市地震辦于2000年8月在江兜井(井深120米)進(jìn)行擴(kuò)孔改造(擴(kuò)孔至58米，下套127毫米套管)，擬用于地震地下流體數(shù)字化綜合觀測(cè)。福州市地震局?jǐn)M在新建的局大院內(nèi)鉆一口200米左右的專用井，用于地震地下流體數(shù)字化綜合觀測(cè)。近幾年福清市地震辦龍?zhí)铩⒔邓挥^測(cè)站；平潭北霧里井；尤溪縣的喑坑井都已改裝LN—3型數(shù)字式水位儀進(jìn)行地震地下水位觀測(cè)。

3.2 福建省地震地下流體科學(xué)研究

自福建省地震局創(chuàng)建以來，廣大地震地下流體工作者憑著對(duì)人民、事業(yè)極端負(fù)責(zé)的敬業(yè)精神，在地下流體監(jiān)測(cè)、科研、預(yù)報(bào)、工程實(shí)驗(yàn)、技術(shù)改造等諸多方面做出了大量且卓有成效的工作，涌現(xiàn)出一批在全國(guó)頗具影響力的科研成果。通過20多年的努力，省地震局地下流體工作者在水氡、水位、水質(zhì)、氣體等各類流體觀測(cè)技術(shù)方面，全省地球化學(xué)背景場(chǎng)的綜合分析研究方面、觀測(cè)資料分析處理方面、環(huán)境影響與干擾研究方面，流體監(jiān)測(cè)與地震活動(dòng)方面等等，做了大量深入細(xì)致的分析研究，發(fā)表了一大批科研論文與成果。如《地震水文地球化學(xué)前兆機(jī)理的清理和攻關(guān)總結(jié)》、《福建沿海水文地球化學(xué)特征及震兆標(biāo)志》、《閩東南地區(qū)無震期水氡正常動(dòng)態(tài)的變化》、《閩贛部份地下水位觀測(cè)井對(duì)1986年11月15日臺(tái)灣地震異常反映》、《研究深井水位動(dòng)態(tài)信息，監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)臺(tái)灣地震》、《福建省水氡監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)對(duì)臺(tái)灣強(qiáng)震的前兆響應(yīng)研究》等；由中國(guó)地震局出版的許多有影響力的專著引用了福建省地震局地下流體工作者研究的各種成果。如《水文地球化學(xué)預(yù)報(bào)地震的原理和方法》、《水文地球化學(xué)地震前兆觀測(cè)與預(yù)報(bào)》、《地震地下水手冊(cè)》、《中國(guó)地震地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)網(wǎng)》、《地震預(yù)報(bào)方法實(shí)用化研究文集(水位水化專輯)》、《地震地下水動(dòng)態(tài)及其影響因素的分析》、《地震地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)》等。

主要成果有：1984年12月，蔡詩凰同志主持的《江西永平爆破水文地球化學(xué)效應(yīng)的研究》獲國(guó)家地震局省部級(jí)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)；1995年12月，蔡詩凰、林家濤、莊光國(guó)等同志參加國(guó)家地震局清理攻關(guān)研究，分別獲國(guó)家地震局清理攻關(guān)專項(xiàng)二等獎(jiǎng)3項(xiàng)，三等獎(jiǎng)2項(xiàng)；1988年12月，蔡詩凰同志主持的《水壓致裂水文地球化學(xué)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究》獲國(guó)家地震局省部級(jí)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)；1989年9月，蔡詩凰同志主持的《水壓致裂水文地球化學(xué)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究》被納入國(guó)家科委“科學(xué)技術(shù)研究成果公報(bào)”（1989年第9期）中；1989年12月，省局水化中心站《福州烏鴉嘴泉地震水文地球化學(xué)觀測(cè)資料(1982—1997)》獲國(guó)家地震局省部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)；1991年3月，蔡詩凰同志與國(guó)內(nèi)有關(guān)專家合作研究的《水文地球化學(xué)學(xué)科地震預(yù)報(bào)方法指南及實(shí)用軟件系統(tǒng)》獲國(guó)家地震局分析預(yù)報(bào)中心省局級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)；1992年11月，蔡詩凰同志主持的《水文地球化學(xué)地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)研究》獲國(guó)家地震局省部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)；1994年6月，我局蔡詩凰同志的《水文地球化學(xué)地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)研究》獲國(guó)家科委國(guó)家級(jí)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)；1994年6月，蔡詩凰同志主持的《水文地球化學(xué)地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)研究》被納入國(guó)家科委“科學(xué)技術(shù)研究成果公報(bào)”（1994年第6期）中；1994年10月，省局水化中心站《福州烏鴉嘴泉地震水文地球化學(xué)觀測(cè)資料(1988—1992)》獲國(guó)家地震局省部級(jí)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)；1996年8月，莊光國(guó)同志撰寫的《海潮、固體潮的迭加對(duì)深井水位動(dòng)態(tài)的影響》被收入《中國(guó)科學(xué)技術(shù)文庫》(No.1902416)等等。省局水化中心站水化學(xué)觀測(cè)資料自1982年至1995年連續(xù)14年參加全國(guó)評(píng)比獲優(yōu)秀獎(jiǎng)前三名。2000年5月，由省局水化中心站曾飛同志主持的《水氡觀測(cè)資料應(yīng)用多層次跟蹤分析法在地震預(yù)報(bào)中的研究》中國(guó)地震局臺(tái)站“三結(jié)合”課題被批準(zhǔn)，資助研究經(jīng)費(fèi)5000元。

鄭小菁等利用福建省數(shù)字地下流體網(wǎng)對(duì)2004年12月26日印尼8.7級(jí)地震的映震能力進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)福建數(shù)字地下流體臺(tái)網(wǎng)對(duì)遠(yuǎn)處大震映震能力很好，由于當(dāng)時(shí)未能進(jìn)行標(biāo)定，僅能就波形進(jìn)行定性分析。

劉序儼等在對(duì)2008年5月12日四川汶川8.0級(jí)大震的映震分析時(shí)，由于解決了井水位觀測(cè)格值問題，從而對(duì)福建有關(guān)5口水井的井水位觀測(cè)資料得到了對(duì)汶川大震所引起的體應(yīng)變數(shù)值，并由體應(yīng)變求出了汶川大震對(duì)福建5口水井所在地所產(chǎn)生的靜水壓力，該壓力與固體潮應(yīng)力相當(dāng)。

降水對(duì)井水位的變化會(huì)產(chǎn)生很大的影響，如何分析降水對(duì)井水位的影響。鄭小菁等利用主成分分析方法對(duì)此進(jìn)行了分析，從此，福建省地震局對(duì)井水位觀測(cè)研究，由定性分析走向了定量分析，消除了阻礙地下流體動(dòng)態(tài)變化作定量分析的瓶頸。開辟了地下流體與其他學(xué)科進(jìn)行對(duì)比分析與綜合分析的思路。

3.3 福建省地震地下流體前兆機(jī)理工程實(shí)驗(yàn)研究

為了探索地震地下流體前兆機(jī)理，福建省地震局地下流體工作者開展了多次大規(guī)模模擬地震孕育、發(fā)生的爆破、井下爆破和水壓致裂等地震地下流體前兆機(jī)理工程實(shí)驗(yàn)研究。從1975年至1978年由國(guó)家地震局科研處組織，福建省地震局承辦，會(huì)同天津、河北、廣東、浙江、江西省地震局辦、中科院上海有機(jī)化學(xué)研究所、北京261廠、無錫縣無線電廠、以及國(guó)家地震局地質(zhì)研究所等10個(gè)單位，在江西永平銅礦于1975年10月15日、10月20日以及1978年12月6日開展了3次“爆破水文地球化學(xué)效應(yīng)的研究”，其中1978年12月6日為千噸爆破。該工程實(shí)驗(yàn)研究開展了地震前兆水化學(xué)組分的模擬研究，探討了爆破后形成的水化學(xué)效應(yīng)以及它們與作用力、地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、地球化學(xué)環(huán)境等的關(guān)系。在江西永平地表松動(dòng)爆破研究的基礎(chǔ)上，福建省地震局又于1982年12月開展了福建龍海紫泥井下爆破(分別在地下十幾米深0.35噸爆炸量和地下30多米深0.65噸爆炸量的二次井下爆破)，這二次井下爆破的實(shí)驗(yàn)研究取得了比江西永平地表松動(dòng)爆破更為明顯的水文地球化學(xué)效應(yīng)效果。為了探索地震孕育過程觀測(cè)場(chǎng)對(duì)地震前兆的響應(yīng)，用水壓致裂技術(shù)模擬野外自然狀態(tài)下應(yīng)力逐漸積累過程，觀測(cè)周圍鉆孔水中的物理、化學(xué)參數(shù)及土壤氣體含量的變化，進(jìn)而研究地震地下流體前兆機(jī)理。在國(guó)家地震局科技監(jiān)測(cè)司的組織下，我局于1985年11月至12月間在福建南靖湯坑，會(huì)同國(guó)家地震局分析預(yù)報(bào)中心、國(guó)家地震局地質(zhì)研究所、國(guó)家地震局蘭州地震研究所、國(guó)家地震局地殼應(yīng)力研究所、天津、山東省地震局以及地礦部物化探研究所和福建省煤田勘探公司等單位，開展了“水壓致裂水文地球化學(xué)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究”。該項(xiàng)研究在湯坑地?zé)釁^(qū)選擇了7個(gè)鉆孔和2個(gè)泉點(diǎn)，同時(shí)在壓裂孔周圍布設(shè)了若干條土壤氣觀測(cè)剖面，觀測(cè)了20多個(gè)項(xiàng)目，它們是氡含量(采用7種不同儀器做了對(duì)比觀測(cè))；水中溶解氣體H2、He、Hg、Ar、CO2、CH4；水質(zhì)成分K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO24-、CO23-、HCO-3、Cl-、F-、可溶性SiO2；微量組分Sb、As以及pH值、Eh值、電導(dǎo)、水位、井下電流等。水壓致裂實(shí)驗(yàn)給人們的最大啟示是，試驗(yàn)證明，當(dāng)?shù)貙邮艿侥撤N足夠大的附加應(yīng)力后(地殼表層至少為35×105帕/厘米2)，人們可以觀測(cè)到相應(yīng)的水化學(xué)效應(yīng)。這對(duì)我們開展的諸項(xiàng)水化學(xué)觀測(cè)，從力學(xué)基礎(chǔ)上給予了肯定的支持，同時(shí)對(duì)今后選擇較靈敏的項(xiàng)目和靈敏的觀測(cè)點(diǎn)都具有理論及實(shí)際的指導(dǎo)意義。

4 福建省地震地下流體科學(xué)發(fā)展存在的問題

4.1 觀測(cè)水點(diǎn)監(jiān)測(cè)能力退化

我省目前除少數(shù)幾個(gè)觀測(cè)點(diǎn)外，多數(shù)觀測(cè)點(diǎn)不同程度受周邊環(huán)境或人為因素的影響，國(guó)家流體基本觀測(cè)臺(tái)的福州烏鴉嘴泉、ZⅢ—6鉆孔和漳州龍師1號(hào)井因處于市區(qū)內(nèi)，受城市采水及工業(yè)排水影響；1996年2月，寧德4號(hào)泉斷流停測(cè)，2000年7月恢復(fù)觀測(cè)。模擬監(jiān)測(cè)儀器均屬上世紀(jì)70、80年代購(gòu)置的，老化嚴(yán)重，目前處于淘汰更新階段，省局水化中心站承擔(dān)全省水質(zhì)陽離子監(jiān)測(cè)的WFX—1B型原子吸收分光光度計(jì)，福州ZⅢ—6鉆孔溫泉?dú)怏w監(jiān)測(cè)103型氣相層析儀老損停測(cè)，我省從此損失了水質(zhì)陽離子和溫泉?dú)怏w監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。我省流體臺(tái)網(wǎng)布局不合理、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)有待進(jìn)一步優(yōu)化(如高精度水溫監(jiān)測(cè)，抗干擾強(qiáng)的井下大地微電流監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目我省均未開展)和監(jiān)測(cè)設(shè)施整體水平相對(duì)落后等原因造成了我省各觀測(cè)水點(diǎn)監(jiān)測(cè)能力退化。

4.2 流體監(jiān)測(cè)隊(duì)伍建設(shè)有待加強(qiáng)

由于上世紀(jì)70、80年代開始從事地下流體的老前輩陸續(xù)退離了工作崗位，新上崗的流體科技人員業(yè)務(wù)、技能生疏，對(duì)“觀測(cè)規(guī)范”的了解熟悉不夠，觀測(cè)、記錄、報(bào)送等各個(gè)環(huán)節(jié)監(jiān)測(cè)工作執(zhí)行得不夠規(guī)范，部分監(jiān)測(cè)單位疏于管理，對(duì)流體觀測(cè)資料質(zhì)量把關(guān)不嚴(yán)。我省地下流體觀測(cè)資料質(zhì)量下降，流體學(xué)科科研成果明顯減少，在全國(guó)頗具影響力的科研、實(shí)驗(yàn)成果幾乎難以尋覓，科研經(jīng)費(fèi)投入和培養(yǎng)、激勵(lì)機(jī)制不足不同程度影響了流體學(xué)科拔尖人才的脫穎而出，流體學(xué)科監(jiān)測(cè)、儀修、科研、預(yù)報(bào)、管理等各類拔尖人才短缺問題嚴(yán)重。

5 福建省地震地下流體學(xué)科未來發(fā)展重點(diǎn)

5.1 加強(qiáng)地下流體前兆理論的研究

5.1.1地下流體異常產(chǎn)生的機(jī)理

目前已有的各種異常機(jī)理，實(shí)質(zhì)上大都屬于某種科學(xué)的假設(shè)。為此，仍然需要深入研究地下流體的前兆異常機(jī)理問題，提出能夠解釋實(shí)際觀測(cè)到的異常變化的新理論，即研究中要力求理論與實(shí)際相結(jié)合。

5.1.2地下流體動(dòng)態(tài)變化與地殼結(jié)構(gòu)活動(dòng)的關(guān)系

地殼現(xiàn)代構(gòu)造活動(dòng)具有多種形式，一方面要研究在各種構(gòu)造變形中地下流體的效應(yīng)，另一方面，更要研究地下流體的動(dòng)態(tài)變化對(duì)構(gòu)造活動(dòng)的作用和影響。

5.1.3地下流體對(duì)巖石的化學(xué)腐蝕作用

地下流體是一種化學(xué)成分復(fù)雜的天然的氣—液相物質(zhì)，因此要研究流體對(duì)巖石的各種力學(xué)參數(shù)的影響，研究其使巖石結(jié)構(gòu)破壞和強(qiáng)度下降等問題。

5.1.4地下流體在孕震過程中的應(yīng)力應(yīng)變效應(yīng)

在地殼的孕震層及其下層范圍內(nèi)存在地下流體。因此，研究地殼前部和孕震層的地下流體在震源巖體變形破裂過程中所起的作用，以及研究地下流體的應(yīng)力應(yīng)變效應(yīng)，成為地下流體前兆理論探索中的核心問題。

5.2 開展多測(cè)項(xiàng)和多學(xué)科的綜合研究

震源應(yīng)力場(chǎng)、區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)以及其他環(huán)境因素的綜合作用，是地下流體的各種測(cè)項(xiàng)以及其他多種手段的前兆異常產(chǎn)生的共同原因。水位、水化及地?zé)岬那罢桩惓Ｖg，流體與其他手段的前兆異常之間，存在著內(nèi)在的成因聯(lián)系。因此我們需要開展水位、水化及地?zé)岬那罢桩惓５某梢蜿P(guān)系研究和流體與形變、地電、地應(yīng)力、重力等前兆異常的成因關(guān)系研究。

5.3 加強(qiáng)地下流體監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)的建設(shè)

5.3.1流體井網(wǎng)布局以優(yōu)化為主，注意控制臺(tái)網(wǎng)的整體規(guī)模

臺(tái)網(wǎng)調(diào)整優(yōu)化以提高現(xiàn)有臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)能力，特別是提高短臨預(yù)報(bào)效能為目標(biāo)，改造堅(jiān)持注重投資效益的原則；積極配合中國(guó)地震局臺(tái)站分級(jí)管理制度的改革，在臺(tái)網(wǎng)優(yōu)化調(diào)整中，注意培植地區(qū)中心臺(tái)成為臺(tái)站分級(jí)管理的骨干臺(tái)站，優(yōu)化臺(tái)網(wǎng)效能的發(fā)揮；注意適當(dāng)補(bǔ)充臺(tái)網(wǎng)在湄州灣、閩西北地震活動(dòng)頻繁地區(qū)流體監(jiān)測(cè)水點(diǎn)建設(shè)；有規(guī)劃地鼓勵(lì)、指導(dǎo)有條件的地方地震局辦爭(zhēng)取地方財(cái)政投入，參與我省流體臺(tái)網(wǎng)的調(diào)優(yōu)改造工作，逐步完善流體井網(wǎng)的合理布局，使臺(tái)網(wǎng)監(jiān)測(cè)能夠?yàn)槲沂√貏e是閩東南地區(qū)的防震減災(zāi)服務(wù)，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)保駕護(hù)航。

5.3.2提高現(xiàn)有骨干臺(tái)站的綜合化水平

綜合觀測(cè)應(yīng)以獲取多測(cè)項(xiàng)的震兆信息，提高異常的可信度和綜合監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)效能，提高地震預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度，有利于地震預(yù)報(bào)的綜合決策和地震預(yù)報(bào)科學(xué)的深入研究；推進(jìn)臺(tái)網(wǎng)的綜合管理、信息交流與傳遞，避免重復(fù)觀測(cè)，最大限度地提高投入產(chǎn)出比，達(dá)到優(yōu)質(zhì)高效的產(chǎn)出觀測(cè)資料；推進(jìn)臺(tái)網(wǎng)的調(diào)整優(yōu)化及觀測(cè)技術(shù)的配套，提高臺(tái)網(wǎng)的綜合監(jiān)測(cè)能力為目的。骨干臺(tái)站的單井綜合觀測(cè)應(yīng)包括水位、流量、水化、地下氣體和地?zé)岬?種以上測(cè)項(xiàng)。但綜合觀測(cè)應(yīng)因地制宜，不能生搬硬套，關(guān)鍵是體現(xiàn)水文地球物理、化學(xué)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的綜合性。

5.3.3福建省地下流體臺(tái)網(wǎng)測(cè)項(xiàng)的發(fā)展方案

加強(qiáng)高精度水溫、流量觀測(cè)，從近年來省局水化中心站在福州、泉州兩地市對(duì)受抽水影響的井孔進(jìn)行高精度水溫觀測(cè)情況看，高精度水溫觀測(cè)效果優(yōu)于水位觀測(cè)。這幾年國(guó)內(nèi)外地震監(jiān)測(cè)研究學(xué)者們認(rèn)為：流量動(dòng)態(tài)中信息量豐富，它可能也是地下流體諸多前兆的信息源；我省永春水化觀測(cè)點(diǎn)的流量變化在一定程度上對(duì)應(yīng)臺(tái)灣強(qiáng)震有效應(yīng)。加強(qiáng)氣體動(dòng)態(tài)觀測(cè)，進(jìn)一步開展地下氣體組分的觀測(cè)；多年觀測(cè)資料表明：氣體組分(地下水中溶解氣、逸出氣和斷層土壤氣)能靈敏地反映地殼介質(zhì)溫度和壓力條件的變化；據(jù)蔡詩凰同志研究，福州ZⅢ—6鉆孔溫泉的H2氣體對(duì)應(yīng)臺(tái)灣強(qiáng)震有一定的效應(yīng)。中國(guó)地震局地震地下流體學(xué)科組近年來對(duì)H2、He、CO2等氣體觀測(cè)開展了大量卓有成效的研究，并研制了相應(yīng)的數(shù)字化監(jiān)測(cè)儀器。加強(qiáng)抗干擾監(jiān)測(cè)儀器的試觀測(cè)實(shí)驗(yàn)工作。目前中國(guó)地震局地震地下流體學(xué)科組擬在福建實(shí)驗(yàn)井下大地微電流數(shù)字化監(jiān)測(cè)儀的觀測(cè)實(shí)驗(yàn)工作，該儀器具有不受地下水變化的影響，有一定的抗干擾性能。

[1] 中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司.強(qiáng)地震短期前兆異常的物理解釋[M].北京:地震出版社, 2004.

[2] 中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司.地下流體地震預(yù)報(bào)方法[M]. 北京:地震出版社,1997.

[3] 中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司.地震地下流體理論基礎(chǔ)與觀測(cè)技術(shù)[M]. 北京:地震出版社,2007.

[4] 劉耀偉,陳華靜,車用太,等.我國(guó)地震地下流體觀測(cè)研究40年發(fā)展與展望[J].國(guó)際地震動(dòng)態(tài),2006,(7):3-12.

[5] 陳大慶,劉耀偉,等.我國(guó)在井含水層系統(tǒng)對(duì)地震波同震響應(yīng)方面的研究進(jìn)展[J].國(guó)際地震動(dòng)態(tài), 2006,(7):3-12, 27-31.

[6] 晏銳,黃輔瓊,顧瑾平,等.中國(guó)大陸7級(jí)強(qiáng)震前地下流體前兆時(shí)空特征[J].地震,2004,(1):126-131.

[7] 簡(jiǎn)春林.中國(guó)大陸地震地下流體異常特征研究[J]. 地震, 2004,24(1):42-49.

[8] 張清秀,陳小云,陳瑩,等. 福建省數(shù)字化水位、水溫資料的遠(yuǎn)場(chǎng)效應(yīng)研究[J].華北地震科學(xué),2007,(4):49-53.

課題組成員：

1、鄭小菁，福建省地震學(xué)會(huì)秘書長(zhǎng)，高級(jí)工程師。

2、林思誠(chéng)，福建省地震局，研究員。

3、劉序儼，福建省地震局，研究員。

4、王林，福建省地震學(xué)會(huì)，秘書。

5、陳瑩，福建省地震局，工程師。

* 第一執(zhí)筆人：鄭小菁，福建省地震學(xué)會(huì)秘書長(zhǎng)，高級(jí)工程師。