云南思茅大寨井水位地震同震响应特征分析*

毛巍颖

(云南省地震局，云南 昆明 650224)

0 引言

井水位同震响应现象已引起众多学者的关注(付虹等，2002；晏锐，黄辅琼，2009；车用太等，2014；刘成龙等，2009；陈玲等，2009；胡小静等，2016；张立等，2016)，国内外关于井水位的同震响应研究，也取得了很多成果。Elkhoury等(2006)认为，井水位同震响应主要有2种机制，即静态应变和动态应变。静态应变是指地震发生过程中断层滑动产生的应变，其影响范围较小，主要位于近场范围(1～3倍断层破裂尺度)；动态应变是地震波传播引起的应变，它通过改变含水层介质参数来引起同震水位变化，动态应变的影响范围较大(包括远场范围)。

针对我国大陆井水位观测资料的研究也很多，如Zhang等(2016)利用辽宁阜新井研究了同震水位与体应变之间的关系；Lai等(2016)研究了四川泸沽湖井水位的同震响应，认为渗透率变化是引起同震响应的主要原因；Liao等(2015)研究了汶川8.0级地震引起的四川江油井水位同震响应特征，认为大地震能打破隔水层是导致井水位同震大幅变化的主要原因。从以上研究可以看出，井水位的同震响应是复杂的，所以不同的研究提出了不同的机理。以往学者更多去研究同震响应特征和现象，对更深刻地认识水位的同震响应无疑是有益的。思茅大寨井是云南记录同震响应最多的井，杨竹转等(2005)对1990—2003年该井的阶升现象进行研究，得到了一些有益的认识。2003年至今，该井附近又发生了多次5～6级地震，利用更长时间尺度的资料，对该井的同震响应现象进行进一步认识和研究，增加研究样本，提高资料的可信度。

1 观测井概况和资料选取

1.1 井孔观测概况

云南思茅大寨井位于普洱市思茅区依象盆地中偏南部NW向的依象逆断裂上，其井孔构造如图1所示。该井于1984年1月开始水位观测，动水位能记录到井潮效应及水震波，最大潮差2 cm，水位受降水干扰较大，具有雨季高、旱季低的动态特征(图2)。

1.2 资料的选取和分析方法

本文选取1988—2017年(20°～30°N，97°～105°E)范围内M≥5.0地震共47个，其中5.0～5.9级38个，6.0～6.9级8个，7.0级以上级地震1个，以及大寨井附近200 km内的4.0～4.9级地震共93个，查找这些地震是否引起思茅大寨井的同震响应。在此基础上，笔者重新对1988—2017年该井记录的观测曲线出现的所有阶变进行了识别，对这些阶升，在排除降雨干扰后，将其与云南M≥4.0地震、全国M≥6.0地震和全球M≥7.0地震的发震时间进行对比，用时间的相关性来确认地震的同震响应。

2 同震响应特征分析

2.1 同震响应特征

对1988—2017年思茅大寨井的水位资料进行全时段的分析，发现共出现同震响应的阶升27次(表1)，思茅大寨井对部分地震的同震响应见图3。

2.2 同震响应特征分析

从表1可知，思茅大寨井水位所有的同震响应均为阶升，和杨竹转等(2005)得到的结果完全一致。该井对4.0～4.9级地震有2次同震响应，震中距分别是30 km和4 km。1988—2017年，距离大寨井5 km范围内共发生M≥3地震2次，其中1次有同震响应的是2014年景洪4.6级地震，1次无同震响应的是1988年思茅3.1级地震。目前的记录表明思茅大寨井水位可能只对M≥4.0地震有同震响应。距离大寨井5 km范围内的3～4级地震同震响应率较高，而扩展到10 km以上的3～4级地震基本没有同震响应。

图1 思茅大寨井井孔柱状图

Fig.1 The Geological profile map of Simao Dazhai Well

图2 思茅大寨水位日均值曲线和月降雨量图

Fig.2 The daily mean curve of water level of Simao Dazhai Station and monthly raining

图3 思茅大寨井对部分地震同震响应图

序号震级范围发震日期地名震级震中与观测井距离/km同震阶变幅度/m同震阶变特征14.0^4.92014-01-28云南景洪4.6300.099上升24.0^4.92014-02-05云南思茅4.240.069上升35.0^5.91990-01-27云南双江5.01200.025上升45.0^5.91997-01-30云南景洪5.6600.121上升55.0^5.92014-12-06云南景谷5.8900.064上升66.0^6.91992-04-23中缅边境6.7,6.82000.132上升76.0^6.91993-01-27云南普洱6.3230.234上升86.0^6.92000-01-15云南姚安6.53000.02上升96.0^6.92007-05-16老挝6.62400.034上升106.0^6.92007-06-03云南普洱6.4360.473上升116.0^6.92014-10-07云南景谷6.61000.289上升127.0^7.91988-11-06云南澜沧—耿马7.6,7.21700.571上升137.0^7.91991-01-05缅甸曼德勒7.65600.106上升147.0^7.91995-07-12云南孟连西7.32000.251上升157.0^7.91996-02-03云南丽江7.05100.091上升167.0^7.92003-09-22缅甸7.26900.099上升177.0^7.92011-03-24缅甸7.22600.258上升187.0^7.92012-11-11缅甸7.05100.063上升198.0^8.92001-11-14昆仑山口西8.11 8400.398上升208.0^8.92004-12-26印度尼西亚8.72 1800.365上升218.0^8.92005-03-29印度尼西亚8.52 3000.115上升228.0^8.92007-09-12印度尼西亚8.53 0000.165上升238.0^8.92008-05-12四川汶川8.09500.277上升248.0^8.92012-04-11印度尼西亚8.62 4300.07上升258.0^8.92015-04-25尼泊尔8.11 7800.139上升269.02011-03-11日本9.04 3000.023上升

大寨井水位只对3次5.0～5.9级地震出现了同震响应，其中包括2014年景谷6.6级地震的1次5.8级余震。出现同震响应的地震中震中距最远为120 km，而120 km范围内共发生5.0～5.9级地震14次，响应率仅为21%。

对于6.0～6.9级地震，大寨井水位有同震响应的地震震中距基本都在300 km范围内，且200 km范围内的地震响应幅度较大，但响应幅度与震级和震中距呈不完全线性相关。如：1993年和2007年的普洱6.3级和6.4级地震，震中距分别为23 km和36 km，后者的同震响应阶变幅度是前者的2倍，而2014年景谷的6.6级地震距离大寨井100 km，同震响应阶变幅度比1993年普洱6.3级地震高，似乎震级的因素更为重要。大寨井附近200 km内，对1988—2017年发生的4组6.0～6.9级地震都有同震响应，300 km范围内的7组6.0～6.9级地震中，只对1989年5月7日耿马6.3级地震没有同震响应。300～500 km范围内，云南还先后发生了1995年武定6.5级、1998年宁蒗6.2级、2001年永胜6.0级，2003年大姚6.2级和6.1级、2009年姚安6.0级、2014年盈江6.1级、鲁甸6.5级地震等，研究表明，大寨井水位对震中距大于300 km的6.0～6.9级地震基本没有同震响应，或响应很微弱。

大寨井水位对7.0～7.9级地震的响应范围在700 km内，记录到最远的有同震响应的7.0～7.9级地震是2003年9月22日的缅甸7.2级地震，响应幅度最大的是距离大寨井最近的1988年澜沧—耿马7.6，7.2级地震。但同震响应的幅度与震级不是完全线性相关，如1995年孟连西7.3级地震震中距200 km，2011年的缅甸7.2级地震震中距260 km，缅甸7.2级地震震中距更大，但同震响应阶变幅度却更大。同样的，距离大寨井510 km的1996年丽江7.0级和2012年的缅甸7.0级地震相比，震级相同，震中距更大的丽江地震的同震响应阶变幅度更大。总体上，大寨井水位对300 km范围内的地震响应幅度比300 km以上地震的大很多。

1988—2017年，大寨井水位同震响应最远的地震是2011年3月11日的日本9.0级地震，震中距为4 300 km。其对2 000 km以内的8.0级地震和3 000 km内的8.5级地震都有响应，同样的，同震阶变幅度与震级和震中距不完全相关，如2005年3月印度尼西亚8.5级地震震中距2 300 km，同震阶变幅度为0.115 m，2007年9月印度尼西亚8.5级地震震中距3 000 km，同震阶变为0.165 m，震中距越大的同震阶变幅度反而更大。

3 结论

研究地下流体同震响应是揭示地壳介质对应力-应变响应的最直接、有效的手段，其中，井水位的同震响应较为复杂，不同的研究对象得到的响应机理各不相同。本文选择云南思茅大寨井30年的观测数据，依照一定原则对观测数据进行筛选、收集、分析，详细研究不同震级、不同震中距的同震响应特征。利用更多的数据资料分析该井的同震响应现象，不仅可检验之前的研究结果，还可以提供更多的观测事实，为减轻次生灾害提供基础依据。通过统计分析该井水位同震变化趋势，主要得到以下结论：

(1)1988—2017年，大寨井水位对26次地震有同震响应，同震响应阶变特征均为阶变上升，且该同震响应模式不受震源机制、发震构造等因素影响。

(2)在大寨井水位26次同震上升阶变中，阶变上升幅度达10 cm以上的共有15次地震。其中1988年11月6日云南澜沧—耿马7.6，7.2级地震对思茅井水位产生的同震阶变幅度为57.1 cm，是大寨井记录到的最大同震阶变。地震震中距越小，同震响应幅度也更大，但不完全是线性相关。

(3)大寨井水位对4级以上近震会出现明显同震响应现象。对于震中距大于2 000 km，且小于3 000 km的8.5级以上特大地震或巨震都会有同震响应。

(4)大寨井水位对主震和强余震均可记录到同震响应。

(5)震中距对大寨井水位同震响应有明显影响。大寨井水位对云南地区甚至滇西南地区震中距大于30 km的4级以上地震一般不会出现同震响应，但对震中距30 km范围内，特别是10 km范围内的3.0～4.0级地震都可能出现同震响应。大寨井水位对滇西南地区部分5.0～5.9级地震有同震响应，但响应率相对较低，但对滇西南地区的6.0～6.9级地震响应较为显著，阶变幅度可达10 cm以上，100 km内的阶变幅度均在20 cm以上。此外，大寨井水位对滇西南300 km内的6.0～6.9级地震也可能出现同震响应现象。

(6)可能引起大寨井水位出现同震响应的相应的震级所对应的震中距分别为：5.0～5.9级地震对应震中距120 km、6.0～6.9级地震对应震中距300 km、7.0～7.0级地震对应震中距600 km、8.0～8.9级地震对应震中距3 000 km。

本文在撰写过程中，得到云南省地震局付虹研究员、崔庆谷博士的悉心指导，在此表示衷心感谢！