印尼8.6級(jí)地震甘肅地區(qū)流體觀測(cè)資料同震響應(yīng)分析

張 昱, 李春燕, 吳建華, 馮 博, 李曉峰, 張 輝, 張向紅

(甘肅省地震局,甘肅 蘭州 730000)

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印尼8.6級(jí)地震甘肅地區(qū)流體觀測(cè)資料同震響應(yīng)分析

張 昱, 李春燕, 吳建華, 馮 博, 李曉峰, 張 輝, 張向紅

(甘肅省地震局,甘肅 蘭州 730000)

2012年4月11日印尼蘇門(mén)答臘發(fā)生8.6級(jí)、8.2級(jí)地震,我國(guó)大量地下流體臺(tái)站記錄到豐富的同震響應(yīng)現(xiàn)象,甘肅地下流體觀測(cè)資料也出現(xiàn)不同程度的同震響應(yīng)。本文分析兩次大地震時(shí)甘肅地區(qū)數(shù)字化水位、水溫同震變化特征和響應(yīng)能力,得到大部分井水位的同震響應(yīng)有較一致的變化規(guī)律,且以振蕩變化為主,震后較快恢復(fù)到原有狀態(tài),響應(yīng)程度也與震級(jí)密切相關(guān),即震級(jí)越大響應(yīng)能力越強(qiáng);由于水溫和水位有不同的響應(yīng)機(jī)理,因此水溫不遵循這種規(guī)律,水溫觀測(cè)只有2個(gè)井點(diǎn)記錄到同震響應(yīng),且記錄的幅度基本相當(dāng),變化周期較大,恢復(fù)時(shí)間也較慢。

印尼強(qiáng)震; 同震響應(yīng); 甘肅地區(qū); 水位; 水溫

0 引言

地下流體是地殼中最活躍的介質(zhì),具有分布的廣泛性、易流動(dòng)性和不可壓縮性等特征,當(dāng)井-含水層系統(tǒng)處于封閉性良好的承壓體系中時(shí),它能夠客觀、靈敏地反映地殼的應(yīng)力應(yīng)變信息,起到“靈敏測(cè)壓計(jì)”的作用。水位不僅對(duì)含水層受力有所反映,對(duì)井水溫度也有靈敏的響應(yīng)。井-含水層系統(tǒng)所受的動(dòng)力加載作用方式有多種,地震波作用就是其中重要的一種,地下流體觀測(cè)中水位與水溫對(duì)大震的同震響應(yīng)是地震波作用于井-含水層系統(tǒng)最直接的體現(xiàn)[1]。

近年來(lái),不少學(xué)者對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)大震引起水位的同震響應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行了大量的研究[2-6],但由于沒(méi)有獲取足夠的觀測(cè)資料,針對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)大震引起的水溫同震響應(yīng)的研究并不太多。上世紀(jì)90年代后,中國(guó)地下流體水溫觀測(cè)網(wǎng)進(jìn)行了高精度數(shù)字化儀器的改造使用,近幾年收集了大量的同震響應(yīng)觀測(cè)資料,針對(duì)這些資料國(guó)內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和深入的研究討論[7-9]。

據(jù)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)測(cè)定,北京時(shí)間2012年4月11日16時(shí)38分印尼蘇門(mén)答臘(2.3°N,93.1°E)發(fā)生MS8.6地震,2小時(shí)后發(fā)生8.2級(jí)強(qiáng)余震。我國(guó)大陸多數(shù)流體觀測(cè)井記錄到了此次地震引起的同震響應(yīng)現(xiàn)象,甘肅地區(qū)部分水位、水溫觀測(cè)井也記錄到了其同震響應(yīng)和震后效應(yīng)。本文選取此次大震中記錄到同震、震后效應(yīng)井點(diǎn)的水位、水溫資料,對(duì)其同震響應(yīng)特征進(jìn)行分析討論。

1 甘肅數(shù)字化水位、水溫觀測(cè)井概況

甘肅地區(qū)數(shù)字化流體水位、水溫觀測(cè)最早始于2001年“九五”改造,之后2007年“十五”改造,直至汶川地震災(zāi)后恢復(fù)重建,多數(shù)資料從2007年下半年“十五”數(shù)字化改造開(kāi)始,最短的為汶川地震災(zāi)后重建項(xiàng)目?，F(xiàn)有19口地下流體觀測(cè)井(表1),其中水位16個(gè)測(cè)項(xiàng),水溫23個(gè)測(cè)項(xiàng)。

表1 觀測(cè)點(diǎn)基本概況

分別采用LN-3A型數(shù)字化水位儀、SZW-1A型水溫儀和ZKGD-3000型水位、水溫綜合觀測(cè)儀進(jìn)行水位、水溫觀測(cè)。LN-3A型水位儀和SZW-1A型水溫儀觀測(cè)服務(wù)時(shí)間由儀器自帶時(shí)鐘提供,ZKGD-3000型儀器的服務(wù)時(shí)間為:當(dāng)網(wǎng)絡(luò)連通時(shí)數(shù)據(jù)記錄的時(shí)間為服務(wù)器時(shí)間,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)斷開(kāi)時(shí)為儀器自帶時(shí)鐘提供。水溫觀測(cè)SZW-1A型儀器的時(shí)鐘精度優(yōu)于0.1 s/d,其他兩套儀器對(duì)時(shí)間精度沒(méi)有明確的說(shuō)明。

從甘肅地區(qū)多年來(lái)連續(xù)觀測(cè)的資料來(lái)看,多數(shù)井點(diǎn)的井水位觀測(cè)資料表現(xiàn)出比較明顯的年變規(guī)律,年動(dòng)態(tài)以年變型為主,也有平穩(wěn)波動(dòng)型,多數(shù)井點(diǎn)具有記錄固體潮的能力,但程度不同,部分井點(diǎn)有明顯的氣壓效應(yīng)。井水溫度年動(dòng)態(tài)曲線類型形態(tài)復(fù)雜,有漸升型、年變型、緩降型、平穩(wěn)型、波動(dòng)型或在波動(dòng)和緩降的基礎(chǔ)上表現(xiàn)出年變形態(tài)。

2 水位同震響應(yīng)分析

水位同震響應(yīng)是指強(qiáng)烈地震發(fā)生后,地震波向外傳播時(shí)發(fā)生水位“共振”現(xiàn)象。地震波通過(guò)時(shí)引起含水層的瞬時(shí)變形,激發(fā)孔隙壓力改變,使孔隙水沒(méi)有足夠的時(shí)間與外界交換,因此可認(rèn)為地震波引起含水層變形時(shí)近似為不排水條件。對(duì)井-含水層系統(tǒng)而言,該系統(tǒng)是開(kāi)放型的,含水層與井之間的水量交換與含水層的滲透系數(shù)有很大的關(guān)系。地震波通過(guò)時(shí),滲透系數(shù)越大水位振蕩幅度越大,映震效果越明顯[5-7]。另外井徑、井孔水柱高度及水位儀頻率特性等均與記錄水震波有關(guān)。地下水位的震時(shí)和震后效應(yīng)從形態(tài)上分為兩類:一類是急速的階躍變化,這主要是近震的井水位效應(yīng);另一類是水位的振蕩變化,即為水震波效應(yīng),這種變化一般在震中距大于2 000 km的井孔中比較常見(jiàn)[5-7]。

本文中同震響應(yīng)指2012年4月11日印尼8.6和8.2級(jí)兩次強(qiáng)震發(fā)生后甘肅水位臺(tái)站觀測(cè)到的同震響應(yīng)信息。目前甘肅水位觀測(cè)井有15個(gè),包含16個(gè)水位測(cè)項(xiàng),其中11個(gè)測(cè)項(xiàng)采用LN-3型水位儀,5個(gè)測(cè)項(xiàng)采用ZKGD型水位儀進(jìn)行觀測(cè),這之中有9個(gè)測(cè)項(xiàng)在地震中記錄到同震響應(yīng),不同測(cè)項(xiàng)記錄同震響應(yīng)的能力明顯不同。

2.1 振蕩型同震反應(yīng)

本次印尼地震距甘肅臺(tái)網(wǎng)所有測(cè)點(diǎn)的距離均大于3 000 km,測(cè)點(diǎn)記錄到的同震響應(yīng)形態(tài)主要為振蕩型,只有平?jīng)隽腿A亭井在振蕩中分別有所上升和下降。

從圖1～3中看出不同測(cè)點(diǎn)記錄同震響應(yīng)的能力明顯不同。其中臨夏1號(hào)井(兩套儀器),臨夏2號(hào)井(圖1),平?jīng)隽?、華亭井(圖2)記錄到兩次地震的同震響應(yīng)比較明顯,平?jīng)鐾?圖2)、平?jīng)鲨F路小區(qū)、武都兩水(圖3)記錄到的同震信息很弱,古浪橫梁井(圖3)只記錄到8.6級(jí)地震微弱的同震響應(yīng)信息。最大同震變化幅度是資料日變幅的數(shù)倍(臨夏1號(hào)井),而最小的只為日變幅的數(shù)十分之一(平?jīng)鲨F路小區(qū)井)。

同一測(cè)點(diǎn)不同儀器記錄同震響應(yīng)的能力也有一定的差別。臨夏1號(hào)井兩種儀器(LN-3、ZKGD)[圖1(a)、(b)]記錄到同震響應(yīng)的幅度與資料本身的變化幅度相比有明顯差別,兩套儀器同震變化的絕對(duì)幅度基本相當(dāng),而記錄的同震響應(yīng)的最大幅度分別為0.019 m和0.018 9 m,由于ZKGD水位儀資料波動(dòng)幅度大于LN-3水位儀,所以LN-3水位儀同震響應(yīng)更明顯。不管是哪個(gè)測(cè)點(diǎn),同震響應(yīng)引起的變化均恢復(fù)較快。

圖1 臨夏1號(hào)井、臨夏2號(hào)井分鐘值觀測(cè)曲線Fig.1 Minute value curve of water level of Linxia 1# Well and 2# Well

圖2 平?jīng)隽?、華亭井、威戎井水位觀測(cè)曲線Fig.2 Water level curve of Liuhu,Huating and Weirong Well in Pingliang

圖3 平?jīng)鲨F路小區(qū)、武都兩水、古浪橫梁觀測(cè)曲線Fig.3 Water level curve of Railway community in Pingliang,Liangshui in Wudu,and Hengliang in Gulang

2.2 水位同震響應(yīng)分析與討論

地下水位的同震變化反映地殼形變和地面震動(dòng)引起地下介質(zhì)貯層變形、孔隙疏通、裂縫的清理、產(chǎn)生裂縫等變化。振蕩型的同震變化是指在地震振動(dòng)作用下地下水位出現(xiàn)類似地震波的高頻振蕩,它反映了地下含水層介質(zhì)彈性模量較大、巖層透水性好,是地震波傳播過(guò)程中含水介質(zhì)的一種彈性變化的結(jié)果。階變型的同震變化是指在地震振動(dòng)的作用下地下水位階變式的上升或下降變化,它反映了地下介質(zhì)的孔隙、裂隙被疏通或地下水力學(xué)特征發(fā)生改變,可能是塑性變化的結(jié)果。

地震引起水位同震變化有振蕩和階變兩種。振蕩型變化是指在地震波作用下水位快速來(lái)回波動(dòng),地震波經(jīng)過(guò)后水位很快平靜下來(lái),仍沿原來(lái)的形態(tài)變化;階變則改變了水位背景,使得水位出現(xiàn)階梯式的抬升或者下降,這種變化通常需要十幾分鐘至幾個(gè)月的時(shí)間才能恢復(fù),有時(shí)甚至產(chǎn)生永久性的改變[6]。

通常情況下,階變型水位同震響應(yīng)一般為地方震及近地震,振蕩型水位同震響應(yīng)一般為遠(yuǎn)大震,但也有遠(yuǎn)震能引發(fā)同震階變現(xiàn)象。水位同震升降的方向不因地震的遠(yuǎn)近、大小、震源機(jī)制或地震方位的變化而改變,更多地受控于本地的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境和水文地質(zhì)條件。地震波能量的變化不能改變水位同震變化的方向,當(dāng)?shù)卣鸩芰孔銐虼髸r(shí),會(huì)使一些原來(lái)僅產(chǎn)生振蕩或無(wú)同震響應(yīng)的井孔水位發(fā)生階變[6]。

當(dāng)一個(gè)構(gòu)造帶區(qū)域上井水位普遍上升,代表構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)壓性增強(qiáng)、張性減弱,水位下降代表構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)壓性減弱、張性增強(qiáng);因此水位同震階變的觀測(cè)井空間分布與構(gòu)造區(qū)域的相互關(guān)系對(duì)判斷構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的變化也具有積極意義。水位同震變化振幅除了與震中距、震級(jí)密切相關(guān)外,還可能與觀測(cè)井含水層系統(tǒng)自身特性、震源方位、震源機(jī)制以及地震波的傳播途徑有關(guān)。振幅與震級(jí)呈正比關(guān)系,水位的同震階變可視為大震后區(qū)域應(yīng)力調(diào)整的表現(xiàn),井水位同震階升說(shuō)明井區(qū)壓應(yīng)力作用增強(qiáng)[6]。

3 水溫同震響應(yīng)特征分析

地震波作用可導(dǎo)致井-含水層系統(tǒng)介質(zhì)發(fā)生一定的形變,還會(huì)引起流經(jīng)含水層的水流運(yùn)移通道發(fā)生相應(yīng)的變化。這種變化一方面會(huì)影響地下水的流動(dòng)速度和路徑,另一方面也會(huì)影響它與周?chē)鷰r體的熱量交換,從而影響到觀測(cè)井中水體的溫度變化[7-9]。

甘肅流體臺(tái)網(wǎng)有水溫觀測(cè)井點(diǎn)18個(gè),其中平?jīng)鲨F路小區(qū)在不同深度架設(shè)兩個(gè)探頭,景泰盧陽(yáng)井、古浪橫梁井分別在不同深度架設(shè)三個(gè)探頭,目前共有水溫測(cè)項(xiàng)23個(gè)。

3.1 水溫同震響應(yīng)

2012年4月11日印尼兩次強(qiáng)震發(fā)生后,甘肅只有平?jīng)隽屯炙疁鼐涗浀酵痦憫?yīng)(圖4)。

平?jīng)隽^測(cè)井位于六盤(pán)山東側(cè)涇河Ⅰ級(jí)階地,完鉆井深301.07 m,套管深度198.14 m,8.14 m以上井徑300 mm,至190 m井徑190 mm,下段井徑160 mm,觀測(cè)含水層為白堊紀(jì)砂礫巖層。平?jīng)鐾志挥诤Ｔ础P(pán)山斷裂西南,完鉆井深400.82 m,套管深度56.77 m,56.71 m以上井徑130 mm,至313.88 m井徑110 mm,下段井徑91 mm,觀測(cè)層為56.77 m以下的志留系石英砂巖裂隙承壓水。

從圖4中可以看出,在地震波到達(dá)觀測(cè)井時(shí),平?jīng)隽疁乇憩F(xiàn)為突然下降,其下降時(shí)間較快,持續(xù)約15分鐘,之后緩慢恢復(fù),在恢復(fù)的過(guò)程中(兩小時(shí)后)又發(fā)生了8.2級(jí)地震,20時(shí)40分左右恢復(fù)至最高值,之后緩慢下降,至12日3時(shí)左右基本恢復(fù)正常,恢復(fù)的時(shí)間較下降的時(shí)間稍長(zhǎng)(可能與再次發(fā)生地震有一定的關(guān)系),水溫恢復(fù)至最高值的幅度大約是下降幅度的3倍,且恢復(fù)后的溫度值略高于下降前的溫度值。

在地震波到達(dá)時(shí),平?jīng)鐾志c柳湖井在形態(tài)上比較相似:首先是快速下降,大概30分鐘之后恢復(fù),在17時(shí)28分左右恢復(fù)至最高值,持續(xù)一小時(shí)之后,于20時(shí)40分左右快速下降,至22時(shí)恢復(fù)正常,水溫恢復(fù)至最高值的幅度大約是下降幅度的4倍左右?；謴?fù)之后的水溫測(cè)值與下降前基本持平。

3.2 水溫同震響應(yīng)機(jī)理探討

地震波作用引起的含水層介質(zhì)形變可促使其孔隙壓力發(fā)生變化,這種變化會(huì)導(dǎo)致水流速度及水體與圍巖間的熱量變化。巖體介質(zhì)孔隙壓力在地震波作用下發(fā)生改變后,會(huì)出現(xiàn)壓力彌散及恢復(fù)的過(guò)程,此過(guò)程即為含水層系統(tǒng)中水流調(diào)節(jié)的過(guò)程[9]。如果這種調(diào)節(jié)作用持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),那么井-含水層系統(tǒng)的水流狀態(tài)不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)趨于穩(wěn)定,則觀測(cè)井內(nèi)水體溫度呈持續(xù)變化的過(guò)程;若井-含水層系統(tǒng)在地震波作用下發(fā)生塑性形變,那么井-含水層系統(tǒng)水流會(huì)在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到新的平衡,則井水溫度會(huì)很快達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài),并持續(xù)此平衡至新的擾動(dòng)出現(xiàn)。

圖4 平?jīng)隽?、威戎水溫分鐘值觀測(cè)曲線Fig.4 Minute value wurve of uater temperature of Liuhu and Weirong Well in Pingliang

井水溫度的變化也與井-含水層系統(tǒng)參數(shù)改變密切相關(guān)。地震發(fā)生時(shí),地震波周期性張壓作用于含水層系統(tǒng),使其介質(zhì)發(fā)生變形。這種應(yīng)力的加卸載作用一方面激活了孔隙、裂隙中的填充物(如氣體、滯水等),另一方面也促使局部裂隙的串通,使得空隙內(nèi)運(yùn)移的水體流動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化,各水體間及水體與圍巖的熱量交換呈現(xiàn)加強(qiáng)或減弱,導(dǎo)致觀測(cè)井內(nèi)水體溫度產(chǎn)生變化[9]。

近年來(lái)隨著數(shù)字化水溫觀測(cè)的推廣,遠(yuǎn)場(chǎng)大震引起的觀測(cè)井水溫響應(yīng)機(jī)理的研究越來(lái)越多[7-8]。就目前來(lái)看,各學(xué)者提出的不同觀點(diǎn)概括起來(lái)主要有以下3點(diǎn):

(1) 氣體逸出說(shuō):研究者據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn),井水溫度大幅度下降的同時(shí)井水面上有大量氣泡上涌,故認(rèn)為井水溫度的同震突降機(jī)制可歸因于井水氣體的釋放[7-9]。即當(dāng)井水氣體釋放時(shí),同時(shí)釋放出井水中的熱量,從而降低了井水溫度。

(2) 井內(nèi)水體熱彌散說(shuō):石耀霖等[7]在統(tǒng)計(jì)分析唐山礦井水溫同震響應(yīng)資料后提出了水溫下降變化的熱彌散模型,認(rèn)為其主要機(jī)理為水分子的彌散效應(yīng),即彌散系數(shù)與水的宏觀速度密切相關(guān),在靜水中彌散系數(shù)很低,在同震水位振蕩時(shí)大大增加,溫度較高的水分子彌散到冷的低分子動(dòng)能的水中,以及溫度較低處一些低分子動(dòng)能的水分子彌散到溫度較高處,形成水溫的變化。

(3) 冷水下滲說(shuō):劉耀煒等[9]對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)大震引起水位振蕩—水溫下降現(xiàn)象的解釋是,井孔含水層周邊上層地下水隨著振動(dòng)效應(yīng)的作用,加大了向下垂直運(yùn)動(dòng)的速率,低溫水快速混入觀測(cè)含水層中,引起溫度的快速下降。由于這些上層低溫水是賦存于孔隙或裂隙中的附著水,一般來(lái)說(shuō)不產(chǎn)生長(zhǎng)距離的運(yùn)移,其下滲只引起短時(shí)間、短距離地下水的運(yùn)移,因此不會(huì)產(chǎn)生井孔水位的上升。

由此可見(jiàn),水溫同震響應(yīng)機(jī)理的研究目前還處于探討階段,各學(xué)者所提出的機(jī)理皆能解釋一定的觀測(cè)現(xiàn)象,但究竟是哪種機(jī)理最具合理性有待于更進(jìn)一步的研究。且同井同震響應(yīng)特征并不是固定不變的,也與當(dāng)時(shí)的井-含水層狀態(tài)密切相關(guān)。

4 兩次地震的同震響應(yīng)對(duì)比分析

4.1 不同測(cè)項(xiàng)的對(duì)比

水位的同震響應(yīng)變化與水溫存在一致性,但有很大的差別?？傮w而言,水溫的響應(yīng)能力明顯低于水位。甘肅流體臺(tái)網(wǎng)觀測(cè)井只有個(gè)別井點(diǎn)是單測(cè)項(xiàng)觀測(cè),絕大多數(shù)井點(diǎn)水位、水溫同時(shí)觀測(cè),在記錄到水位同震響應(yīng)的8個(gè)井點(diǎn)中,除平?jīng)鋈A亭無(wú)水溫觀測(cè)外,其余均為水位、水溫同時(shí)觀測(cè),但記錄到水溫同震響應(yīng)的只有平?jīng)隽屯?個(gè)井點(diǎn)。從數(shù)量上看,水位響應(yīng)能力明顯高于水溫。對(duì)于同一井點(diǎn)而言,水位的響應(yīng)能力不一定高于水溫,如平?jīng)鐾志煌痦憫?yīng)很弱,而水溫同震響應(yīng)比較明顯。水位同震響應(yīng)主要是振蕩波動(dòng)型、快速恢復(fù),而水溫以緩慢變化為主,其同震響應(yīng)的持續(xù)時(shí)間和震后調(diào)整時(shí)間大于水位。

水位和水溫記震能力的強(qiáng)弱與各自的變化機(jī)制有很大關(guān)系。水位的變化主要受含水層系統(tǒng)內(nèi)孔隙壓力及水流速度的影響,如果井-含水層系統(tǒng)的承壓性和封閉性好,那么應(yīng)力-應(yīng)變十分微弱的變化均能體現(xiàn)在水位的變化上;而水溫的變化是地下水與其周?chē)橘|(zhì)之間能量的交換,不受地下水存貯空間的限制,水溫的變化除了受水流速度的影響外,還受水流路徑、圍巖介質(zhì)的傳熱性能以及觀測(cè)井內(nèi)水溫探頭所處的深度等多種因素的控制,水位和水溫不同的變化機(jī)理導(dǎo)致同井觀測(cè)對(duì)同一地震的響應(yīng)能力和響應(yīng)圖像有較大差異。

4.2 同一測(cè)項(xiàng)的對(duì)比分析

從上述討論可知,水位觀測(cè)中有8個(gè)井點(diǎn)(9項(xiàng))記錄到同震響應(yīng),不同井點(diǎn)記錄同震響應(yīng)的能力不同,同一井點(diǎn)對(duì)不同地震的響應(yīng)程度也完全不同。水位同震響應(yīng)程度與遠(yuǎn)場(chǎng)地震的震級(jí)密切相關(guān),震級(jí)越大則響應(yīng)程度越高,振蕩或階變幅度越大,恢復(fù)時(shí)間也較長(zhǎng)。水溫觀測(cè)只有2個(gè)井點(diǎn)記錄到同震響應(yīng),且不遵循這種規(guī)律,兩個(gè)井點(diǎn)記錄同震響應(yīng)的幅度基本相當(dāng),變化周期較大,恢復(fù)時(shí)間也較慢。由于溫度變化通常取決于該處的巖石透水率、溫度梯度、探頭的溫度響應(yīng)滯后時(shí)間等因素,更多地體現(xiàn)一種持續(xù)性的影響,其變化更加復(fù)雜。

5 結(jié)論

針對(duì)2012年4月11日印尼兩次8級(jí)以上大震對(duì)甘肅地區(qū)數(shù)字化地下流體觀測(cè)井網(wǎng)中水位、水溫觀測(cè)資料的同震變化特征和響應(yīng)能力進(jìn)行了分析討論,得出以下結(jié)論:

(1) 根據(jù)甘肅地區(qū)流體觀測(cè)井的同震響應(yīng)資料可知:16個(gè)水位觀測(cè)項(xiàng)中有9個(gè)記錄到同震響應(yīng),而23個(gè)水溫測(cè)項(xiàng)只有2個(gè)記錄到同震響應(yīng),這說(shuō)明該區(qū)各測(cè)點(diǎn)相對(duì)于印尼地震而言,水位測(cè)項(xiàng)的記震能力明顯強(qiáng)于水溫。

(2) 大部分井水位的同震響應(yīng)有比較一致的變化規(guī)律,同時(shí)與震級(jí)密切相關(guān),震級(jí)越大則響應(yīng)程度越高,對(duì)井區(qū)的應(yīng)力狀態(tài)的影響越表現(xiàn)為瞬時(shí)特征,以振蕩為主,震后較快恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)。而水溫的響應(yīng)機(jī)理與水位不同,因此其響應(yīng)程度與形態(tài)也不同,表現(xiàn)為緩慢的恢復(fù)變化,即當(dāng)水位停止振蕩后,含水層水體與井水的橫向水力作用并未停止,含水層水體仍存在相對(duì)緩慢的對(duì)流換熱過(guò)程,這也許減緩了井水溫度的恢復(fù)速率。

(3) 部分觀測(cè)井水位振蕩的同時(shí)水溫未見(jiàn)明顯變化,主要是由于此類觀測(cè)井水溫探頭的觀測(cè)含水層封閉性不好,氣體脫逸的通道并不集中在井孔,所以溫度變化不明顯,再加上被其水溫較大的日變化幅度所掩蓋。對(duì)于這類觀測(cè)井可以通過(guò)調(diào)整水溫探頭的位置來(lái)優(yōu)化觀測(cè)系統(tǒng)。

(4) 由于水位動(dòng)態(tài)的物理意義明顯,含水層受壓時(shí)水位上升,受拉張時(shí)下降,因此震后階躍上升的水井水位可能包含有區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)的信息,水位階躍上升集中區(qū)可能也是區(qū)域壓應(yīng)力相對(duì)集中區(qū),對(duì)未來(lái)該區(qū)域發(fā)生較顯著的地震具有空間上的指示意義。當(dāng)今許多觀測(cè)資料明顯受儀器和外界環(huán)境干擾,嚴(yán)重影響預(yù)報(bào)效能,而遠(yuǎn)震產(chǎn)生的水位階躍上升集中區(qū)可以作為一種補(bǔ)充手段。

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Co-seismic Response in Fluid Observation Data from Gansu during the IndonesiaM8.6 Earthquake

ZHANG Yu, LI Chun-yan, WU Jian-hua, FENG Bo, LI Xiao-feng, ZHANG Hui, ZHANG Xiang-hong

(EarthquakeAdministrationofGansuProvince,Lanzhou730000,Gansu,China)

During the occurrence of two strong earthquakes (M8.6 andM8.2) in Sumatra,Indonesia,on April 11,2012,a large number of underground fluid stations in China recorded abundant co-seismic response data,and data from underground fluid observations in Gansu also showed various degrees of co-seismic response. The co-seismic changes and the digital response of water levels and temperatures in Gansu during these two great earthquakes are analyzed in this study. The results show that the water level co-seismic response in most wells followed a relatively consistent change law,i.e.,the change was main oscillation variation,and rapidly recovered to its original state after the earthquake. The degree of response is closely related to the magnitude; the greater the magnitude,the stronger the response. Owing to the different response mechanisms of water level and temperature,water temperature does not follow this rule. In water temperature observations,only two wells had a record of co-seismic response,they showed approximate amplitudes and a relatively long cycle time (change period),but a slower recovery time.

Indonesia strong earthquake; co-seismic response; Gansu area; water level; water temperature

2015-07-23

甘肅省科技計(jì)劃(145RJZA186、1506RJZA85);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41304048)

張 昱(1963-),女,甘肅秦安人,高級(jí)工程師,主要從事地下流體地震分析預(yù)報(bào)等。E-mail:zhangy@gsdzj.gov.cn。

李春燕(1971-),女,甘肅蘭州人,工程師,主要從事地震分析預(yù)報(bào)等。E-mail:175232150@qq.com.cn。

P315.72+3

A

1000-0844(2016)05-0830-08

10.3969/j.issn.1000-0844.2016.05.0830