天山地区地下流体映震灵敏点 水文地球化学特征

高小其刘耀炜蒋雨函

1）中国北京100085 应急管理部国家自然灾害防治研究院

2）中国北京100085 中国地震局地壳动力学重点实验室

天山地区地震地下流体监测，在地质构造上以监视天山山前地震断裂带及山前拗陷带的活动为主，侧重选择那些构造条件、热力条件、物质条件和地下水运移动条件相对灵敏的不稳定点，以上升泉、石油深井、深层断裂水和泥火山泉等为主要观测对象，观测项目因井、泉具体条件而定，注意综合对比观测。天山地区的气候、地形、交通、经济等条件比较利于开展地球物理观测，地震地下流体观测点具有干扰因素少、映震性能好等优点，且该区地震频度高、震级大、范围广，由此成为一个进行地震科研与总结的天然实验场。因此，对天山地震地区地下流体观测点水文地球化学背景开展测试和分析，研究其地下水的补给来源、水岩作用、循环与演化等水文地球化学环境特征，将为分析地震地下流体异常提供重要的基础信息，可为未来该区震情跟踪及台网布设等提供理论依据与技术支撑。

依据天山地区多年的离子、气体和同位素测试结果，结合2015 年度预报评估分级情况，统计得到该区预报评估为A 类和B 类的10 个地下流体映震灵敏观测点（新04 泉、新04 井、新05 井、新09 泉、新10 泉、新10 井、新21 井、新25 泉、新26 泉、新33 井），总结其井泉类型或特点，分析井泉地下水的水化学类型、水—岩化学平衡特征、地下水热储温度和水文地球化学环境等，可知天山地区映震灵敏点主要具有如下地球化学特征。

（1）监测泉主要为上升泉，2 000 m 以上深井可监测到周围地区7 级地震前井水喷涌现象，可见监测井最好为深井。

（2）水化学类型：按照舒卡列夫分类方法，根据地下水中7 种主要离子（一般计算时将K+和Na+合并）的相对含量进行组合和分类。部分测点水质类型相近，主要为CO3—HCO3—Na、CO3—HCO3—CL—Na、HCO3—SO4 —CL—Na、SO4—HCO3—Na 和CL—Na 等，这与监测点所在地区的水文、地质等条件密切相关。

（3）水—岩化学平衡特征：水岩作用是地球化学动力学中基本且重要的研究内容，而在地质—地球化学过程中，水或水溶液与矿物、岩石间的化学反应显得尤为重要。多数井、泉水矿化度在1.0 g/L 以上；水—岩化学平衡状态主要为“部分平衡水”，水—岩反应较为充分，地下水中存在部分或大部分深层水的混入，循环深度较大。

（4）地下水热储温度与循环深度：热储温度是划分地下热水系统成因类型不可缺少的重要参数，地球化学温标是估算这一参数的有效方法。多数井、泉水热储温度范围在57 ℃—191 ℃，循环深度大致在2—6 km，说明多数地下流体测点可能均有深层水不同程度的混入，地下水循环深度较大，径流路径较长。

（5）水文地球化学环境：水文地球化学特征的形成与水热条件、地形地貌、土壤植被等一系列因素密切相关。所研究的井、泉水pH 值在7.25—9.29，以偏弱碱性为主；氧化还原电位Eh 多在+145— +224 之间；井、泉水一般富含H2S、CH4、He、H2、CO2等气体，多属还原或半还原环境。

综上所述，上述测点由于前期勘选符合规范，开展观测的地下水混合、水—岩反应程度及水文地球化学环境适中，加上监测点管理较好，监测数据内在质量和连续率高。因此，这类测点相对比较容易获取地震各阶段变化信息。

对地震地下流体监测点水文地球化学环境的研究，将有助于推进地球化学、同位素地球化学化学和气体地球化学等方法在地震监测预测领域中的应用与研究。