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地震前地下流体异常特征的全面分析

2021-03-20 182 上传者：管理员

摘要：通过我国境内目前现有震例为研究对象，分析地震发生之前地下流体出现的异常情况，再根据异常时期地下流体的数据进行分析总结。结合相关文献显示，流体异常处于长期异常与中期异常时期时，基本都出现在距离震中五百公里左右的范围。针对地震前地下流体异常特征的监测与研究，其最主要的目的是为了判断高危地区的高密度观测特征。地下流体监测数据的获取、分析与研究可以为震前预测提供学术实验研究的数据支撑，从而能够更好的推动地震预测工作的发展。

关键词：
地下流体
地震应力
地震灾害
地震预测
异常特征
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通过对地下流体水位对构造应力的响应，从而了解地下水位在大地震、强地震形成的过程里面，短期与中期的水位构造力应力的变化响应情况，研究和分析地震发生之前，地下水的水位情况，由中期异常逐渐发展到短期异常的发展变化的过程，并描述其特征情况。研究结果表明，地下水位发生变化时即出现趋势上升的情况或者是趋势下降的情况。显示的异常情况为动态变化的规律异常情况，则是中期异常，一般情况下中期异常时间段为1年至3年。趋势的上升或者趋势的下降发生了很明显的变化，这种情况则代表中期异常的结束。

一旦中期异常发生了转折的情况，其异常的这一过程中图像则为上下波动或是拉平的，这期间的异常情况属于由中期异常发展为短期异常的阶段，我们称之为过渡性异常。水位再次出现十分明显的转折，此时便是短期异常的起始阶段。而深井水位异常分析图像中所出现的沿着趋势持续上升、或沿着趋势持续下降、打破正常含水年动态变化线的规律及其形态，取决于深水井孔中的含水层处理系统在发生大震动和孕育变化过程的含水应力变化调整再生和积累这一阶段所需要处理的部位;尤其是取决于观测井点位于地质构造块体的构造带上，还是相邻块体的构造带上。水位应力震前异常的地理特征，源于在地震地质孕育反应过程中水位应力异常的自然形成。

1、研究目的与意义

地震通常的情况下都会伴随地下流体运动前兆异常及其特征发生变化。研究结果表明，地震外围应力前兆积累监测过程中存在地下水与地下深层含水气体的地质物理化学性质和流体化学性质之间会相互出现一定程度变化，前兆异常介质变化监测受应力区域内的地质物理构造变化影响，对地震外围应力区域内的介质异常变化监测反映较为显著，地下深层流体的异常介质变化监测可以将其作为地震应力前兆异常监测，进行地震前兆的相关预测。如何做到能够对各种地震发生前兆异常性的特征情况进行合理化的测量对于提高地震前兆预测学的分析技术水平是具有重要现实意义的。

国内外众多科学研究工作人员正在开展关于汶川地震前地下深层流体异常离子前兆浓度研究，监测指标项目主要包括地下深层流体中的异常离子前兆浓度波动变化、地下深层流体中的温度波动变化、生成地下深层气体离子组成浓度变化等监测指标，积累了关于震前地下深层流体异常离子前兆浓度变化的大量监测数据。尽管震后地震中的前兆异常变化趋势并不能直接作为长期预报震前地震的准确数据依据，但对于获取某些震前显著的异常变化信息，对于震前异常预测依然具有显著的学术参考价值。

2、地震前地下流体异常解释

根据各大震区地下深层流体出现的前兆异常情况的特征，地震数据的分析汇总采集分析，按照震区时间发展进程将前兆异常地震特征数据划分并列为三类。一般情况下地震发生前的一至六个月所出现的地震前兆即为短期异常，当出现地震前的半个月时间直到五年时间内出现的异常前兆的情况即为中期异常，而在地震出现之前的五年以上的时间所出现的异常先兆的情况则为长期异常。

地震前兆的监测的主要内容实际上主要就是针对地下流体的深层温度、地下流体深层水位、地下深层流体中等离子元素含量等阶段观测到的数据情况进行跟踪分析。研究人员发现，截至2013年底，川滇西部地区的地下表层流体异常情况，检测指标包括地下表层流体平均温度、地下表层流体平均水位、水体密度ph平均值、水氡等含量，表现为中长期异常检测趋势明显变化。

该重点区域短期异常前兆地下流体监测发现趋势异常，包括地下断层水位、水体中等离子元素含量、地下层和水体断层温度、水体含汞、断层气温和二氧化碳等，异常前兆监测主要集中于滇西与川滇两省交界东部一带区域，地震前的一段时间从葫芦河入河口的地下深层地质水位、流体排水中的氧化钙和碳酸镁物质离子、深层地质气体的氧和二氧化碳含量等各项地震指标都没有出现发生显著的较大程度异常变化，指标异常高且程度变化大的地震区域主要还是集中在川滇两黔三省边境交界的东南部。这样的异常情况的发生与地震之前的地下流体出现的异常情况的关系是十分紧密的。

3、地震前地下流体异常分布规律

以黄骅冀19井井水位异常为例，黄骅冀19井井深1250m，观测到表层岩石系黄河奥陶系灰岩泥质裂隙断层承压下的含泥积水层，于1100m深处径向穿越黄河羊二庄断裂带，断层两侧泥质地层结构差异较大，构成了黄河流体径向运动的主要通道。水位微体潮动态清晰，潮差精度达9cm的清晰水位固体潮，同震振动效应明显，系统对水位自动观测灵敏度高点位。受全球地质生态结构气候变化因素影响较为灵敏。2012年5月黄骅冀19井井水位阶变出现多次水位阶变异常，从唐山井井地震前后水位观测数据结果分析来看，唐山井井地震异常正是多次出现在异常水位阶变大的时间段内，如图1所示。

黄骅冀19井水温度异常，观测黄骅冀19井底的水温与地下水位温度同步时会发生温度阶变异常，地下水流体温度的异常响应变化主要体现在对断层地质结构断裂和岩层构造应力温度叠加的同时响应，温度发生阶变异常的同时出现，是一个区域性的地质断层构造温度出现异常变化的地质加载应力响应，能够由此互相关联观测出地下水水流体在特大地震发生前兆异常温度变化的发展趋势，如图2所示。

4、地下流体异常的影响

区域内地质的构造应力的不断变化性也是可能导致地下地质流体异常流动特性发生变化的主要组成原因之一。地震前，川滇地区的循环井中含水位异常太高、井水加载温度及深井式循环井的泉水加载温度异常快速变化等均表明了该处理区域井水地质表层结构的压应力及水加载温度分布的异常变化。而唐山、黄骅及其外环渤海等等区域内的水位异常高度变化有可能认为是该降水区域整体地质生态结构降水活动异常导致。

区域性的地质地貌构造降水活动变化导致地下浅层流体的活动能力增强，地下浅层水体中的等离子化学成分出现异常浓度变化。首要的原因是因为地震发生前和过程会导致低层含水压裂，导致地下流体接触到岩石的地下，增强岩水反应，促使地下水的离子含量发生变化；另外一点是由于地震活动导致新出露的矿物产生，岩石中含水的离子渗透力增强，不同的亲水离子融合或置换，使地下水体离子发生异常变化。

5、结束语

趋势构造应力能够让地下水位出现明显的地震学科专业反映，构造块体运动出现的相应的反映结果是一种地质上的自然且具体的表现。地震的发生是十分复杂的地壳运动情况，而且地震的发生在时间上也明显的与地下水位异常有着紧密的联系，正是因为地壳运动使得构造块体、构造带以及构造段出现的力是存在很大差异的，地震的时间关系的不同引起了不同含水层应力调整阶段的水位异常。通过对地震前水位异常与应力调整阶段的情况进行分析总结，对于预测地震发生时间是有极大的可能性的。

通过现有的实际发生过的地震案例来分析中期异常情况，时间基本都在一年以上。从中期异常发展到短期异常普遍时间都在半年到一年，水位情况在过渡异常的这个阶段基本上没有明显的变化。但是如果水位变化出现再次不规律的情况，从图像来看水位情况有转折或者加速甚至井喷等的情况发生，则表示了短临异常到来了，此时便要格外的小心地震的发生。根据我国现有的地下水观测点的情况来看，我国的西部地区相对来说监测地震发生的能力还比较薄弱，甚至有的震区没有地下水观测点的存在，由此可见，想要准确的对地震的发生做出预警是件十分困难的事情。

通过对震例的研究发现，地震前的地下深层流体在长期和中期都不具有异常的流体特征，其中以一个距离该地震中心500公里的地下深层流体特征为主。在当前地震的异常前兆现象观察观测范围内，获得地下水流体异常观测指标的实时变化，可以及时提供震前震例预测的基础数据分析支持，虽然不能对当前地震震例进行精确度的预测，但对当前震例的分析总结，完善我国地震震前预测基础理论，具有重要的可参考研究意义。

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