張立 羅睿潔 高文斐 蘇有錦 錢曉東 毛燕

摘要：統(tǒng)計(jì)云南地下流體對(duì)尼泊爾8.1級(jí)地震的同震響應(yīng)情況，分析和總結(jié)了水位和水溫?cái)?shù)字化資料的同震響應(yīng)特征。結(jié)果表明：尼泊爾8.1級(jí)地震對(duì)云南地區(qū)的影響較大，其流體宏觀與微觀動(dòng)態(tài)有較顯著的同震響應(yīng)。水位與水溫對(duì)該大地震的記震能力明顯高于水氡和水質(zhì)；不同井水位、水溫同震響應(yīng)最大振幅、持續(xù)時(shí)間相差很大，其變化形態(tài)水位以波動(dòng)及階升為主，水溫表現(xiàn)為上升或下降—恢復(fù)；從主震與最大強(qiáng)余震的記錄來看，震級(jí)越大，同震響應(yīng)出現(xiàn)比例越高，且在同井中響應(yīng)幅度越大，持續(xù)時(shí)間越長；同井不同儀器記錄的同震幅度和持續(xù)時(shí)間不同；水溫同震響應(yīng)均出現(xiàn)在有水位同震響應(yīng)井中，表明井水位與水溫同震響應(yīng)是密切相關(guān)的，且井水溫同震響應(yīng)多由井水位同震響應(yīng)引起。

關(guān)鍵詞：尼泊爾8.1級(jí)地震；地下流體；同震響應(yīng)；記震能力

中圖分類號(hào)：P315.723 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-0666（2016）04-0537-08

0 前言

地下流體同震響應(yīng)能夠有效、直接地揭示地殼介質(zhì)對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變的響應(yīng)。在過去幾十年里，地震能引起較大范圍的水位、水溫同震響應(yīng)和較強(qiáng)的振幅變化，這是我國地震學(xué)家普遍關(guān)注的焦點(diǎn)問題（黃輔瓊等，2000；中國地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司，2005；晏銳，黃輔瓊，2009；楊竹轉(zhuǎn)等，2008，2007，2005；高小其等，2006；廖麗霞等，2009；顧申宜等，2010），他們不僅研究了同震響應(yīng)的形態(tài)特征，而且開始探索同震響應(yīng)特征在地震預(yù)測(cè)實(shí)踐中的應(yīng)用問題。黃輔瓊等（2000）的研究表明，當(dāng)一個(gè)構(gòu)造帶區(qū)域井水位普遍上升，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)的變化具有積極的意義。地震波引起的同震響應(yīng)基本以水位振蕩、水溫下降—恢復(fù)的形態(tài)出現(xiàn)，水位振蕩和水溫下降的幅度均與震中距、震級(jí)有著一定的量化關(guān)系，機(jī)理比較復(fù)雜，目前解釋較多的有氣體逸出說、熱彌散說和冷水下滲說3類，各觀點(diǎn)均具有合理性，也能解釋一定的觀測(cè)現(xiàn)象，但哪種機(jī)理更具普適性和合理性，有待于更進(jìn)一步的研究。

2015年4月25日尼泊爾發(fā)生8.1級(jí)地震，該地震在云南引起了大范圍地下流體井水位、水溫及個(gè)別井的氣氡、水質(zhì)（鈣離子、碳酸氫根離子及pH值）同震響應(yīng)，并出現(xiàn)2起宏觀現(xiàn)象。本文系統(tǒng)收集和整理了尼泊爾8.1級(jí)地震在云南引起的地下流體同震響應(yīng)現(xiàn)象，并對(duì)數(shù)字化水位、水溫同震響應(yīng)在該區(qū)域的時(shí)空分布規(guī)律、影響因素和相互關(guān)系等特征進(jìn)行了分析和討論。

1 地下流體觀測(cè)概況

經(jīng)過近幾十年對(duì)云南地區(qū)地下流體觀測(cè)儀器設(shè)備的更新以及數(shù)字化改造，云南地區(qū)地下流體觀測(cè)有了較大的發(fā)展。到目前為止，云南地區(qū)地下流體水位、水溫及水化學(xué)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)共計(jì)300臺(tái)項(xiàng)（不包括輔助測(cè)項(xiàng)），其中，水位70項(xiàng)、水溫73項(xiàng)、氡54項(xiàng)、汞32項(xiàng)、水質(zhì)（離子及其他）71臺(tái)項(xiàng)，具體臺(tái)項(xiàng)統(tǒng)計(jì)見表1。

數(shù)字化水位、水溫觀測(cè)采樣率為每分鐘采樣一次，氣氡和氣汞觀測(cè)為1小時(shí)觀測(cè)一次，水質(zhì)包括離子及電導(dǎo)率、pH等測(cè)項(xiàng)，主要是模擬觀測(cè)，一天觀測(cè)一次，其中的數(shù)字化觀測(cè)只是氦氣，采樣率為每小時(shí)采樣一次。

2 地下流體同震響應(yīng)

2015年4月25日發(fā)生的尼泊爾8.1級(jí)地震震中距云南流體觀測(cè)井網(wǎng)最近井1 430 km，距最遠(yuǎn)井1 960 km，震后云南地區(qū)地下流體45口數(shù)字化水位觀測(cè)井中有39口井觀測(cè)到同震響應(yīng)，占總觀測(cè)井的87%。48口數(shù)字化水溫觀測(cè)井中有16口井觀測(cè)到同震響應(yīng)，占總觀測(cè)井的33%。20口數(shù)字化氣氡觀測(cè)井中只有曲江井觀測(cè)到同震響應(yīng)，15口模擬水質(zhì)觀測(cè)井中只有普洱井觀測(cè)到鈣離子、碳酸氫根離子及pH值3個(gè)測(cè)項(xiàng)同震響應(yīng)，在賓川和麗江發(fā)現(xiàn)2起水發(fā)渾宏觀現(xiàn)象，其同震響應(yīng)井點(diǎn)分布見圖1，觀測(cè)項(xiàng)響應(yīng)統(tǒng)計(jì)見圖2。氣汞未出現(xiàn)同震響應(yīng)。

從圖1、2可清楚地看出，有同震響應(yīng)的水位、水溫井點(diǎn)多、分布廣，對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)大地震的記震能力明顯要高于氣氡和水質(zhì)，雖然資料顯示個(gè)別臺(tái)氣氡能記錄到遠(yuǎn)場(chǎng)大地震的發(fā)生，但其可識(shí)別程度明顯低于水位及水溫資料。

3 數(shù)字化水位、水溫同震響應(yīng)特征

對(duì)數(shù)字水位儀、水溫儀入庫數(shù)據(jù)的原始圖像進(jìn)行分析，結(jié)果顯示云南共有39口水位觀測(cè)井的45臺(tái)（套）儀器、16口水溫觀測(cè)井的20臺(tái)（套）儀器記錄到了2015年5月24日尼泊爾8.1級(jí)地震的同震變化。記錄到的資料有如下特征：

（1）由圖3可見，震時(shí)水位、水溫同震響應(yīng)的變化形態(tài)有所不同，水位同震響應(yīng)變化形態(tài)主要有階升、階降及波動(dòng)，而水溫同震響應(yīng)變化形態(tài)主要表現(xiàn)為上升或下降后恢復(fù)。

（2）從表2統(tǒng)計(jì)的水位變化可以看出，在39個(gè)水位測(cè)項(xiàng)中有15個(gè)測(cè)項(xiàng)為階變（階升11、階降4），且以階升為主，其它24個(gè)測(cè)項(xiàng)為波動(dòng)變化。不同水井記錄的尼泊爾8.1級(jí)地震震時(shí)最大變化振幅、持續(xù)時(shí)間相差很大。階變幅度5（蘭坪）～940 mm（怒江），持續(xù)時(shí)間4（蘭坪）～540 min（曲靖），波動(dòng)幅度1（耿馬）～1 096 mm（昭通），持續(xù)時(shí)間2（耿馬）～74 min（昆明）不等（圖4）。

由圖5可見，用15個(gè)測(cè)項(xiàng)水位階變和24個(gè)測(cè)項(xiàng)水位波動(dòng)分別統(tǒng)計(jì)同震變化幅度與持續(xù)時(shí)間、震中距的關(guān)系，持續(xù)時(shí)間的長短與其最大振幅成正比，水位最大振幅越大，持續(xù)時(shí)間越長（除個(gè)別井外），而幅度變化與震中距沒有統(tǒng)計(jì)關(guān)系。

（3）由表2統(tǒng)計(jì)的水溫變化可知，16個(gè)井水溫測(cè)項(xiàng)中有8個(gè)測(cè)項(xiàng)為上升、8個(gè)測(cè)項(xiàng)為下降。不同水井記錄的尼泊爾8.1級(jí)地震震時(shí)最大變化振幅、持續(xù)時(shí)間也相差很大。最大雙振幅0.006 ℃（尋甸）～0.116 9 ℃（昭通），持續(xù)時(shí)間18（曲江）～305 min（富民）不等（圖6）。

由圖7可見，用16個(gè)水溫測(cè)項(xiàng)分別統(tǒng)計(jì)同震變化幅度與持續(xù)時(shí)間、震中距關(guān)系，均沒有明顯的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。

（4）2015年4月25日尼泊爾8.1級(jí)地震發(fā)生后，5月12日又發(fā)生了7.5級(jí)最大余震。由圖8可見，同一套儀器記錄的尼泊爾主震及強(qiáng)余震的水位、水溫同震響應(yīng)變化顯示，曲線形態(tài)相似，且震級(jí)越大，同震響應(yīng)幅度越大。昭通、德宏、建水、澄江、永勝5個(gè)水位井，昭通、德宏、麗江3個(gè)水溫井記錄到7.5級(jí)地震的同震響應(yīng)分別占觀測(cè)井的11%、6%，即有同震響應(yīng)井?dāng)?shù)量也較主震少。

（5）尼泊爾地震發(fā)生時(shí)，6口水位井（曲江、小哨、彌勒、開遠(yuǎn)、澄江、高大）、4口水溫井（普洱、下關(guān)、澄江、彌勒）有2種不同型號(hào)儀器并行觀測(cè)水位、水溫。由圖9可見，同一井孔內(nèi)不同型號(hào)儀器均有同步響應(yīng)，儀器型號(hào)不同，其響應(yīng)最大幅度及持續(xù)時(shí)間有明顯差異。

4 結(jié)論及認(rèn)識(shí)

通過對(duì)尼泊爾8.1級(jí)地震在云南區(qū)域觀測(cè)到的流體同震響應(yīng)的分析研究，得到以下初步認(rèn)識(shí)：

（1）尼泊爾8.1級(jí)地震對(duì)云南地區(qū)的影響較大，引起了地震地下流體觀測(cè)微觀及宏觀動(dòng)態(tài)較顯著的同震響應(yīng)。數(shù)字化水位與水溫對(duì)該大地震的記震能力明顯要高于氣氡和水質(zhì)。分析其原因大致可能有幾個(gè)方面：首先，受觀測(cè)技術(shù)和觀測(cè)方法的限制，目前氣氡和水質(zhì)的觀測(cè)分別是整點(diǎn)值及日值，以這樣的采樣頻率很難捕捉到迅速經(jīng)過井-含水層系統(tǒng)的地震波所引起的地殼介質(zhì)的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)變化；其次，氣氡、水質(zhì)等化學(xué)量的變化并非由單純的應(yīng)力—應(yīng)變的擾動(dòng)所引起，其變化受多種因素的控制，地震波引起氣氡與水質(zhì)的微變化以目前的觀測(cè)精度還無法記錄到；再者，氣氡與水質(zhì)觀測(cè)手段，其干擾因素相對(duì)較多，這就會(huì)對(duì)同震響應(yīng)或異常變化的提取造成很大程度的影響（孫小龍，王博，2008）。

（2）水位同震響應(yīng)的比例為87%，水溫同震響應(yīng)的比例為33%，表明云南水位與水溫觀測(cè)對(duì)高頻地殼動(dòng)力作用有較強(qiáng)的響應(yīng)能力，且水位的記震能力強(qiáng)于水溫。水位、水溫記錄最大強(qiáng)余震同震響應(yīng)井比例分別為11%、6%，說明水位與水溫的同震響應(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，也可說具有同震響應(yīng)的井點(diǎn)數(shù)越多，這與楊竹轉(zhuǎn)等（2005）提出的觀點(diǎn)相一致。

（3）不同井水位、水溫同震響應(yīng)最大振幅、持續(xù)時(shí)間相差很大，水位以振蕩和階變上升為主，水溫則表現(xiàn)為上升或下降后緩慢恢復(fù)的變化形態(tài)。不同的觀測(cè)井對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)大震具有不同的響應(yīng)特征，這主要與觀測(cè)井自身的水文地質(zhì)背景有關(guān)（劉成龍等，2009）。

（4）對(duì)同一井孔內(nèi)水位、水溫記錄的主震及最大余震的同震響應(yīng)變化顯示，震級(jí)越大，同震響應(yīng)幅度越大，但形態(tài)相似。

對(duì)同一井孔內(nèi)水位、水溫不同型號(hào)儀器均可記錄到同步響應(yīng)，但儀器型號(hào)不同，其響應(yīng)最大幅度及持續(xù)時(shí)間有明顯差異。

單一觀測(cè)井對(duì)不同地震有著比較一致的記震形態(tài)，且響應(yīng)幅度除觀測(cè)儀器外，主要與遠(yuǎn)場(chǎng)地震的震級(jí)有一定的關(guān)系（劉成龍等，2009）。

（5）有水溫同震響應(yīng)的井中均有水位同震響應(yīng)。井水位與井水溫同震響應(yīng)是密切相關(guān)的，井水溫的同震響應(yīng)多由井水位的同震響應(yīng)引起，其主要原因?yàn)榫徽袷帟r(shí)井筒內(nèi)上下水混合作用（魚金子等，2012）。

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Analysis on Coseismal Response Characteristic of Underground FluidRelated to Nepal M8.1 Earthquake in Yunnan

ZHANG Li，LUO Ruijie，GAO Wenfei，SU Youjin，QIAN Xiaodong，MAO Yan

（Earthquake Administration of Yunnan Province，Kunming 650224，Yunnan，China）

Abstract

The coseismal responses of underground fluid in Yunnan related to Nepal M8.1 earthquake were made statistical，and its characteristic was also analyzed.The results showed that Nepal M8.1 earthquake had great impact on Yunnan region，where the significant coseismal responses appeared in both the macro and micro dynamics fluid data.The recording earthquake ability of water level and water temperature related to Nepal M8.1 earthquake is higher than that of water radon and water quality.The maximum amplitude and duration of the coseismic response recorded by water level and water temperature had great difference in different wells，and the tendency of water level mainly showed fluctuations and ascending order，and the tendency of water temperature showed rise or drop-recovered.According to the recordings of main shock and the largest aftershock，the greater magnitude of the earthquake，the higher proportion of the coseismal responses.Meanwhile，the larger of the amplitude of coseismal responses，the longer of the duration in the same well.The coseismal amplitude and duration measured by different instruments were different in the same well.The coseismal responses of water temperature were also appeared in all wells where the coseismal responses of water level，which indicated that there is an important relation of coseismal responses between water level and water temperature，and most of the coseismal response of water temperature was caused by the coseismal response of water level.

Key words：Nepal M8.1 earthquake；Yunnan underground fluid；coseismal response；abilities of recording earthquake