昌黎井水温异常与地震关系初析＊

于春颂 张环曦 周剑青张墨思 佟 鑫 夏伟奔

1）河北省地震局秦皇岛中心台，秦皇岛066100 2）中国地震台网中心，北京100045

学术论文

昌黎井水温异常与地震关系初析＊

于春颂1）张环曦1）周剑青1）张墨思1）佟 鑫1）夏伟奔2）

1）河北省地震局秦皇岛中心台，秦皇岛066100 2）中国地震台网中心，北京100045

昌黎井水温具有较规律性的年变化动态趋势，同时具有比较明显的震前、震时和震后异常。通过整理分析昌黎井水温资料，根据昌黎井水温变化机理，重点分析昌黎井水温对应2012年唐山5·28地震前兆异常暨长趋势异常，发掘昌黎井水温所包含的地震短临前兆信息，为今后更好地利用昌黎井水温资料进行分析预报工作提供帮助。

水温；地震；前兆异常

引言

地下流体观测是我国开展地震监测工作的重点，水温观测作为地下流体观测的一项重要手段，一直受到地震专家的高度重视。许多地震专家对取得的丰富水温资料进行了仔细研究，得出了各种水温变化机理，提取了很多地震前兆信息，特别是数字化水温仪器投入观测以来，水温观测资料的质量进一步提高，它包含了大量的地震前兆信息。因此，对水温资料进行分析研究，对地震预测工作意义重大。

1 昌黎井台站地理、地质构造情况及基础资料

秦皇岛中心台何家庄地震台昌黎井位于昌黎城区东部，紧邻205国道，位于39°N，119°E，在昌黎葡萄酒厂院内，井孔地面高程15．0 m，属热水自流井。昌黎井地处燕山山前平原、饮马河冲积扇上，在昌黎—宁河断裂北侧约1．5 km处。该井成井于1975年12月，1976年1月正式投入观测。该井深301．4 m，地表至地下75．76 m为第四系粘土、细砂；75．77～85．84 m为中粗砂夹砾石含水层，85．84 m以下为前震旦纪混合花岗岩和角闪斜长片麻岩，172～180 m处岩石破碎，为主要的出水段。地下水类型为脉冲状裂隙水，补给区为北部山区及北东向低山丘陵区，排泄于上覆中粗砂夹砾石含水层。井管0～91．92 m的井孔直径为170 mm；91．92 m至井底井径为110 mm。完井后下φ168 mm套管至91．92 m，其下为裸眼出水，水泥止水段长15 m。井内下φ13 mm塑料管至79 m，出水口由φ13 mm塑料管引出。

昌黎井的水温观测仪器为SZW-1数字水温观测仪，传感器埋深为180 m，对应主要出水段。仪器自2002年首都圈工程安装后工作一直正常，取得的观测资料质量较高，真实记录了昌黎井水温的变化趋势，水温观测资料质量可靠。

2 昌黎井水温多年变化趋势及异常分析

本文选取昌黎井2004年8月—2010年11月资料进行分析，其日均值如图2所示。

昌黎井水温观测数值正常年变幅在0．1℃内，月变和日变值在0．01℃内，水温正常时值平均变化量为0．001℃，水温数据2004年8月—2006年5月总体呈上升趋势，2006年5月—2010年10月总体呈平缓下降趋势，整体趋势中存在4个峰值和1个台阶变化，分别为2005年8月1—19日水温突升0．035℃；2006年5月4—11日水温突升0．02℃；2006年6月1日—7月16日水温下降0．02℃，7月16日突升0．03℃；2008年5月突升0．02℃；2011年3月11日台阶突升0．02℃。这几次变化与正常日变、月变明显不同，超出正常变化量的20倍，应认定为异常［1］。

昌黎井距离唐山老震区直线距离为60 km。研究表明，唐山老震区地震地质活动可能直接改变昌黎井含水层的应力状态，从而引起昌黎井水温的较大变化，由此得出昌黎井水温变化与唐山老震区及其他地区地下地震地质活动有较好的对应关系。

根据对昌黎井水温数据的分析，推断出昌黎井所在地区地下地质活动的频度和力度，认为2005年、2006年和2008年可能为昌黎井所在地区地质活动异常年，而2008年—2011年8月，水温因日本地震影响出现台阶，总体呈现平缓下降状态，应为水温长趋势异常。昌黎井水温异常对应的地震情况见表1。

（1）昌黎井水温2005年8月异常对应日本地震。图3显示，昌黎井水温在2005年8月1—19日出现3次明显的震荡上升下降异常，峰值与昌黎井正常值相差0．04℃，震荡周期为1周左右。日本地震发生在2005年8月16日，水温异常与该地震具有良好的对应关系，其中8月1—16日水温变化为地震前兆异常，16—19日为水温震后变化。

（2）昌黎井水温2006年5月异常对应印尼地震。图4显示，昌黎井水温2006年5月4—13日出现明显上升—下降异常，水温5月4日开始快速上升，至5月6日达到峰值后开始快速下降，5月7—13日水温缓慢下降，13—14日水温缓慢上升。水温5月6日达到峰值，日变化幅度达到0．025℃，5月6日后开始下降。该异常持续时间为10 d，5月16日印尼发生7．3级地震，该异常应为印尼地震的震前异常。

（3）昌黎井水温2008年5月异常对应汶川地震。图5显示，昌黎井水温5月1日开始缓慢下降，至5月12日达到最低值，水温缓慢下降变化为汶川地震震前异常；震后昌黎井水温出现突跳上升，应为汶川地震引起昌黎水温变化的同震反应。

（4）昌黎井水温2011年3月异常对应日本地震。图6显示，昌黎井水温自2011年2月一直处于缓慢上升的趋势，在2011年3月11日水温突跳上升，出现峰值，水温日值上升达到0．12℃，突跳上升幅度巨大。日本地震发生在2011年3月11日，水温异常与日本地震具有良好的对应关系。昌黎井水温异常持续时间为3月11日—4月26日，应为昌黎井水温对应日本地震的震后反应。

3 昌黎井水温异常对应唐山5·28地震前兆异常分析

本文选取2012年1月—2012年6月水温资料进行分析，绘制曲线如图7所示。

图中显示昌黎井水温自2012年1月一直处于缓慢上升趋势，水温最低值与2012年6月份的相对高值相差0．08℃，水温平均日上升值为0．000 4℃，但在2012年3月30日水温突跳上升，出现峰值，水温日值上升达到0．02℃，突跳上升幅度较大，为平均日变量的50倍，可判定为突跳异常。昌黎井水温异常持续时间为2012年1月—2012年7月，之后水温保持平稳趋势。

根据以往的研究，昌黎井水温对应地震具有不同类型地震有着不同的映震反应，尤其是对日本及印尼地震映震效应明显，能够很好地反映环太平洋地震带的地震活动，但与内陆地震的对应关系不太明显（青海、新疆、俄罗斯等），这可能与昌黎井毗邻渤海有关。昌黎井水温映震机理目前尚不十分明确，可能与地震发生的类型、方位、地震震中与昌黎井的距离、地震震级均有关系，要彻底揭示昌黎井水温映震机理，需要进一步监测和总结。昌黎井水温前兆异常对应远震大震一般表现为缓慢下降—突跳上升—缓慢下降，且同震效应明显，出现峰值，应与远震释放能量较大有关；对应近震前兆异常表现为持续上升，震前出现峰值。

2012年5月28日河北省唐山市古冶区与滦县交界发生4．8级地震，地震宏观震中位于古冶区的王辇庄乡。震中烈度为Ⅴ度，位于华北地震带与张家口—渤海地震带交汇处，震源机制解P轴方位为SEE，T轴方位为SSW，接近水平，震源断层面的滑动角为178°，地震类型为右旋走滑型，是1976年唐山7．8级地震晚期余震的正常起伏［2］。昌黎井水温长时间持续上升和突跳异常与唐山矿水位、丰南矿水位异常时间对应较好，应为2012年5月28日唐山4．8级地震和2012年6月17日唐山玉田4．2级地震的前兆异常。

昌黎井水温观测仪器传感器埋深为180 m，对应主要破碎岩石出水段，构造和地质活动能量易对该种岩石结构产生影响。鱼金子等［3］根据观测数据、异常特征等提出了水动力学机制，即含水层变形—含水层内孔隙压力变化—井—含水层系统内水流变化—井水温度变化，说明构造和地震活动引起了含水层变形，而含水层变形导致含水层受力状态的改变，从而引起水温发生异常变化。昌黎井所处的宁河—昌黎地震带位于震中东部，地质构造类型较为一致。该地震与昌黎井井震距为50 km，震中地质构造活动释放能量作用于昌黎井，含水层受到挤压，底层较高温度的水迅速向上运移，与上层水形成热交换，造成仪器探头所在水层水温快速上升。

4 结论

通过以上对昌黎井水温资料的初步分析，认为：

（1）昌黎井水温异常变化具有明显的前兆及震后效应。

（2）昌黎井水温2012年1—5月异常变化为唐山5·28地震的前兆异常，昌黎井水温变化与唐山老震区的地震活动关系密切，应加强关注。

（3）昌黎井水温观测映震灵敏度较高，有可能捕捉到地震前兆异常短临信息。

（作者电子信箱，于春颂：2005ycs＠163．com）

［1］张环曦，于春颂，郭建芳，等．昌黎井数字化水温资料分析．地震地磁观测与研究，2012，33（5）：188-192

［2］张跃刚，王玉珍，尹宝军，等．2012年5月28日河北省唐山4．8级地震．中国地震，2013，29（2）：219-229

［3］鱼金子，车用太，刘五洲．井水温度微动态形成的水动力学机制研究．地震，1997（4）：389-396

Analysis on the relationship between earthquake and precursory anomaly of water temperature of Changli well

Yu Chunsong1），Zhang Huanxi1），Zhou Jianqing1），Zhang Mosi1），Tong Xin1），Xia Weiben2）
1）Qinhuangdao Seismic Station，Earthquake Administration of Hebei Province，Qinhuangdao 066100，China 2）China Earthquake Networks Center，Beijing 100045，China

The change and dynamic trend of water temperature of Changli well has more annual regularity with obvious anomaly before，during，and after earthquake．In this paper，by analyzing the water-temperature data of Changli well，and according to the mechanism of water temperature data changes，the relationship between the water temperature and the precursory anomalies of May 28th，2012 Tangshan earthquake is chiefly analyzed，especially the long abnormal trend，to figure out the impending precursory information of earthquake which contained in the water temperature of Changli well．It is helpful to the better use of the water temperature data of Changli well for analysis and forecasting work in the future．

water temperature；earthquake；precursory anomaly

P315．72；

A；

10．3969／j．issn．0235-4975．2014．07．004

2014-01-06；

2014-03-05。

河北省2013年地震科技星火计划项目“昌黎中层水温对应唐山5·28地震前兆分析”资助。