文安地震前天津地區(qū)流體異常特征

文安地震前天津地區(qū)流體異常特征

0天津周科學(xué)報(bào)報(bào)社會(huì)2006年7月4日11時(shí)15分，河北文安發(fā)生了5.5級(jí)地震。這次地震震感強(qiáng)烈,河北、北京、天津大部分地區(qū)有感。天津市最南端的靜?？h,距這次地震震中僅40余公里。地震前天津地區(qū)流體資料出現(xiàn)了異常變化。天津王3、王4井水汞出現(xiàn)突跳異常后,預(yù)報(bào)部門在落實(shí)異常、排除干擾的基礎(chǔ)上,在周會(huì)商及月會(huì)商會(huì)上提出了較為準(zhǔn)確的預(yù)測意見。本文根據(jù)天津地區(qū)流體資料震前異常特征,分析總結(jié)了文安地震前天津地區(qū)流體部分測項(xiàng)異常變化情況,為今后利用天津地區(qū)流體資料進(jìn)行異常判定、震情預(yù)報(bào)提供一定的依據(jù)。1天津流量測試項(xiàng)目1.1地層及含水層王3、王4井位于天津?qū)氎嬷芰记f鄉(xiāng)尹家鋪村,處于冀中坳陷北部王草莊凸起內(nèi)。其北臨寶坻凸起,東靠潘莊凸起,恰好處于這2個(gè)凸起夾持的拐角處,是應(yīng)力易于集中點(diǎn)。該區(qū)又是天津主要地?zé)岙惓^(qū),新構(gòu)造活動(dòng)劇烈,有利于捕捉震兆信息。天津王3井于1978年3月3日成井,1983年4月1日改為地震觀測井。該井深1077.0m,裸眼段為882m～1077m。含水層巖性為奧陶系灰?guī)r,屬巖溶裂隙承壓熱水,水溫65℃,目前溫度52℃左右。王4井深2072.41m,含水層深度為1989.2m～2015.4m,為單一含水層,含水層巖性為寒武系府君山組白云質(zhì)灰?guī)r,水溫89.2℃,壓力385kpa,為巖溶裂隙承壓水,水質(zhì)類型為重碳酸鈉型水,礦化度938.24mg/L。2口井均為高溫深層巖溶自流水。2006年4月1日,2口井的日常觀測工作由張道口地震臺(tái)遷至井孔所在轄區(qū)的寶坻地震臺(tái),水樣由隔天觀測改為當(dāng)天觀測。1.2觀測層的封閉性該井位于潘莊凸起上,北距潘莊外斷裂南端約5km。觀測層為第四系砂層,其上有20余米的黏土隔水層,其下也有近10m的黏土層,封閉性較好。因此從構(gòu)造上來看,該井處于地震觀測的有利位置。1.3淺層觀測井雙橋1井位于黃驊凹陷內(nèi)的西河凸起上,是一口深63.83m的淺層觀測井。含水層屬第四紀(jì)晚更新統(tǒng)海積封存孔隙承壓水,其頂、底板均具有較厚的黏土隔水層,封閉性較好,是較為理想的地震觀測井。2數(shù)據(jù)分析2.1水汞的地震反應(yīng)地下流體是對地殼介質(zhì)應(yīng)力-應(yīng)變變化反映較為靈敏的觀測手段之一,在多次地震前地下流體均表現(xiàn)出了較好的映震能力。研究表明,在地震孕育過程中伴有強(qiáng)烈的應(yīng)力作用和熱力活動(dòng),強(qiáng)大的壓力和熱能破壞巖石并產(chǎn)生斷裂,深部的汞化物升華成的汞蒸氣逐漸增多,在高溫和壓力的作用下沿?cái)嗔鸦驇r石裂隙向地表遷移,當(dāng)穿過上覆不同介質(zhì)(巖石、土壤等)覆蓋層時(shí),汞蒸氣被吸附、吸留或溶解,其間形成汞量異常,使地震活動(dòng)區(qū)介質(zhì)中的汞含量明顯高于外圍地區(qū)。由于汞具有的特殊物理化學(xué)性質(zhì),特別是汞的揮發(fā)性、穿透力及對溫度、壓力變化的敏感性,決定了汞對地震反應(yīng)的靈敏性。水汞觀測對象是各種游離狀態(tài)賦存于水中的汞。地下水位在震前的變化是地殼內(nèi)巖層應(yīng)力集中和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的一種反映。地震前隨著應(yīng)力的不斷加強(qiáng),可使深部承壓含水層的隔水頂板受到破壞,使承壓水沿裂縫上溢,成為淺部含水層的補(bǔ)給來源,從而引起地下水位的變化或由于應(yīng)力集中和積累,使含水層受到壓力,即使含水層不破裂,也能使水位發(fā)生變化;還有一種情況是震前可能發(fā)生地面的升降,引起地下水位不平衡,使高處水向低處運(yùn)動(dòng),造成地下水位的變化。2.2河北文安在中等地震前、后地震反應(yīng)及與地震的關(guān)系王3井、王4井水汞分別于1997年和1989年開始觀測,均使用XG-4型測汞儀。王3井水汞觀測值起伏較大,但未出現(xiàn)趨勢性的上升、下降或周期性變化。基本上以直線變化為特征。王4井水汞的年變動(dòng)態(tài)以背景值為界,基本形成了兩頭低中間高的馬鞍型變化。岳秀俠等人對王3、王4井水汞異常與華北北部ML≥4.0地震對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的分析。認(rèn)為,日變曲線中的單點(diǎn)或多點(diǎn)成叢的高值突跳,形成了水汞在中等地震前的短臨異常特征,突跳值可達(dá)背景值的幾倍到幾十倍。王3、王4井水汞異常一般在突跳異常結(jié)束后3個(gè)月內(nèi)發(fā)震,對應(yīng)地震主要反映華北北部地區(qū)的地震,與張渤地震帶上發(fā)生的中強(qiáng)地震有很好的對應(yīng)關(guān)系。王3、王4井水汞異常與地震對應(yīng)效果較好,異常形態(tài)也表現(xiàn)出較好的重現(xiàn)性,但異常與地震也不是一一對應(yīng)的,其中有一組異常對應(yīng)一組地震(2個(gè)以上中等地震)或一組異常對應(yīng)一個(gè)地震;一個(gè)異常對應(yīng)一個(gè)地震或多個(gè)異常對應(yīng)一個(gè)地震。河北文安地震發(fā)生前,王3井水汞于2006年5月5日出現(xiàn)335ng/L的高值突跳異常,其后于5月6日、7日、9日和18日,分別出現(xiàn)449ng/L、396ng/L、155ng/L和91.8ng/L的單點(diǎn)成叢的高值突跳異常,異常結(jié)束后47d,河北文安發(fā)生ML5.5地震,震中距王3井井孔約121.6km。王4井于2006年5月5日、6日、8日、17日和6月12日分別出現(xiàn)了401ng/L、128ng/L、107ng/L、141ng/L和131ng/L的單點(diǎn)成叢的高值突跳異常,異常結(jié)束后22d,河北文安發(fā)生ML5.5地震,震中距王4井井孔約120km。這是一組異常對應(yīng)一個(gè)地震的較為典型的震例(見圖1、圖2)。(2次異常時(shí)間間隔在2個(gè)月內(nèi),視為同一組異常)。2.3現(xiàn)代馬克氏原螯蝦ml4.3、1994年10月19日研究表明,潘莊井水位異常多為上升型異常。1991年11月底,突然上升約3.8m,于1992年3月中旬轉(zhuǎn)降,6月中旬恢復(fù),一個(gè)多月后于1992年7月22日寧河發(fā)生一次ML4.9地震。1989年6月18日唐山ML4.3、1989年10月19日大同ML6.1地震均發(fā)生在該井上升變化異常期(見圖3)。2004年以來,該井水位正常動(dòng)態(tài)一般在9m左右變化。文安地震前,該井水位于6月6日突然出現(xiàn)上升,到21日累計(jì)上升3.88m,至7月4日發(fā)震時(shí),異常共持續(xù)了28d,震中距潘莊井井孔約116km。2.4文安地震前文安市刑法第二十四年品受當(dāng)?shù)仞B(yǎng)蝦池蓄水影響,雙橋1井水位一般在每年的五月份為水位最高值時(shí)段,然后水位逐漸趨于下降。正常水位動(dòng)態(tài)平穩(wěn),曲線趨于平直。雙橋1井自開始觀測以來,曾有多人對其映震特征進(jìn)行了總結(jié)。金艷等人認(rèn)為,該井異常以3個(gè)月左右的短期異常為主,以上升為特征,一般不存在中長期異常。文安地震前,雙橋1井水位于2006年6月10出現(xiàn)上升,至23日累計(jì)上升5.3m(見第6頁圖4)。之后水位數(shù)值在19.0m上下波動(dòng),至7月4日河北文安地震,異常持續(xù)時(shí)間為26d,震中距雙橋1井井孔約145km。3震前現(xiàn)場表現(xiàn)河北文安5.5級(jí)地震前出現(xiàn)了王3、王4井水汞、潘莊井水位、雙橋1井水位4項(xiàng)前兆異常。異常形態(tài)均為突跳型,異常在震前50d內(nèi)出現(xiàn),屬短期異?；蚺R震異常。異常幅度大,易于識(shí)別。異常測項(xiàng)以王3、王4井水汞的映震能力最強(qiáng)。潘莊井與雙橋1井水位異常均表現(xiàn)為大幅上升,但是潘莊井水位是在上升回落過程中發(fā)震,震后出現(xiàn)的上升是儀器故障造成的;雙橋1井在水位上升過程中發(fā)震,震后水位繼續(xù)上升,這在以往震例中也有發(fā)生。2口井異常情況不盡相同,是由于井孔所處不同的地質(zhì)構(gòu)造等