夏河5.7级地震前湟源地震台地下流体数据异常分析

王永刚，丁宁霞，孙 丽

(青海省地震局西宁地震台，青海 西宁 810008)

0 引言

地震地下流体是地壳中较活跃的组分，当孕震区或外围区介质发生差异性变化时，其变化强烈，分布较广泛[1]。地震前兆机理研究表明，地震的孕育过程伴随地下水物理与化学参量和逸出气体浓度的异常变化，地下流体异常对孕震区和外围区介质变化的响应灵敏，与区域构造活动关系密切[2-3]。鉴于以上原因，国内外专家学者从多方面开展对中强地震前地下流体异常的研究。刘耀炜等人在研究云南鲁甸6.5级地震前地下流体典型异常后，认为区域应力加载作用可能会引起断裂带裂隙的开启与闭合，导致温泉和井水温、深部气体与承压井水位的持续变化；水岩反应加剧和地下水混合作用增强，使地下水离子组分浓度发生变化，会导致显著的宏观异常[3]。钟骏等在对新疆精河6.5级地震前的地下流体异常研究后认为，区域构造应力、应变的变化是深部气体逸出和泥火山喷涌的主要原因[4-5]。高小其等在对新疆轮台两次地震前地下流体异常对比分析后得出，地震震级的不同和地震前兆异常的复杂性，可能是造成同一观测点的不同测项间或同一测项在不同地震前异常迥异的原因[6]。

2019年10月28日01:56，甘肃省夏河县(N35.10°，E102.69°)发生5.7级地震，震源深度10 km。此次地震的震中位于青海、甘肃两省交界，两省多地震感明显。地震发生前，青海省多个台站地下流体测项数据均出现异常变化。其中，湟源地震台(以下简称湟源台)的三项流体观测中，数字化气氡因仪器更新改造于2019年5月开始工作,观测数据尚不稳定；数字化水温和模拟水氡两测项数据均出现异常变化。

1 湟源台基本情况

湟源台位于青海省湟源县波航乡，距湟源县城9 km。台站地处日月山构造带，北为大坂山断裂带，南为拉脊山断裂带[7]。现有数字化水温、气氡和模拟水氡三项地下流体测项，距夏河5.7级地震的震中约220 km(见第19页图1)。

图1 夏河5.7级地震震中位置图

2 地下流体异常情况

2.1 模拟水氡

湟源台模拟水氡观测始于1982年，泉点位于台站附近约2 km的泉儿湾村。泉点性质为断裂上升泉，水温8 ℃，含氡量73 Bq/L，水流量约1 L/s。自正式观测以来，水氡观测数据一直连续稳定可靠。杜娟等对湟源台水氡观测结果研究后认为，观测资料对北纬35°～38.5°、东经99°～104°范围内的地震有较好的映震能力，震中距越近异常越明显[8]。杨晓霞和张超美等人的研究认为，2016年门源地震前，湟源台水氡出现快速下降的前兆异常[9-10]。罗宾生等在分析四川九寨沟7.0级地震前后湟源台水氡的异常特征后，也认为水氡出现震前下降、震后回升的短临异常特征[11]。

笔者统计1986年以来湟源台周边5.8级以上的地震，可以看出，震前-震后，水氡大多有较明显的异常反应(见第19页表1)。

表1 水氡观测数据在周边5.8级地震前后的异常特征统计表

2019年1月以来，湟源台水氡观测值一直呈缓慢下降态势，速率约每月2 Bq/L，8月起略有加速。在10月6日后，数据下降趋势发生变化，转为低值持续，19日开始加速上升，至25日累计上升约7 Bq/L后，转为高值起伏。在此过程中，28日发生夏河5.7级地震。之后，10月31日数据回落并转平持续(见图2)。

图2 湟源水氡观测值曲线图

通过与该台气象三要素数据比对，看出，2019年8月至10月，湟源台附近区域的气温、降雨量均无明显突变。从变化形态上看，气压数据在此时段起伏周期变大；从量值上看，变化并不突出。因此，排除受气象因素影响的可能性(见图3)。另外，随着退牧还草项目的实施，泉点所处的泉儿湾村已进行整体搬迁。现泉点周围未发现其他外界干扰源。综合分析认为，此次水氡的转折变化真实可靠。

图3 气象三要素和水氡观测值曲线图

2.2 数字化水温

湟源台水温观测井位于台站院内,为静水位井。井深105.3 m，水位埋深8.6 m，为基岩裂隙水。水温探头深度为100 m，属浅层水温，使用的是SZW-Ⅱ型数字式温度计。自2007年7月开始观测以来，水温一直呈缓慢上升的态势。2019年8月起，上升速率明显加快，由原来的每月0.000 7 ℃上升至0.001 8 ℃。为验证数据变化的真实性，青海省地震局于9月4日在井内架设对比观测仪器。经过一段时间的观测，二者数据变化同步。预报中心专家经过现场核实，认为湟源台水温数据的变化真实，具有一定的可信度，属地震前兆异常的可能性较大(1)马茹莹，刘磊,孙玺皓,等.2019年9月19日湟源浅层水温核实报告，2019.。10月9日起，数据还发生一系列明显的阶升阶降变化，最大变幅0.023 ℃，在此过程中发生夏河5.7级地震(见图4)。之后，数据仍持续阶升阶降。12月11日后，阶变消失，数据恢复到原来的缓慢上升态势。

图4 水温观测值曲线图

3 对比分析

通过对这两个测项数据的对比分析看出，湟源台模拟水氡和数字化水温在2019年8月起都出现加速变化。两井的空间距离约2 km，井孔性质完全不同，观测项目也不同，但观测数据基本同步发生变化。可得出，引起这两个测项发生变化的应该为同一种因素所致。由于两测项分别属于地球物理和地球化学，其观测机理不同，导致各种影响因素对两测项的影响方式也不相同，出现两测项变化时间和形态的差异。

同时，对湟源台的钻孔应变观测数据进行分析后发现，在8月20日左右，观测数据发生转折变化，表明当地区域应力场发生变化(见第21页图5)。刘耀炜等人的研究结果表明，在孕震中短期阶段，震源区及外围敏感区地壳岩石在区域应力作用下，会使含水岩体发生弹性形变，改变含水(气)层导水性能，因而产生地下流体缓升或缓降型趋势异常[1]。由此可见，含水岩石受应力作用发生形变是地下流体出现异常的主要原因。

图5 水氡、水温、钻孔应变观测曲线图

夏河5.7级地震前，湟源台地下流体异常变化的开始时间早于地壳形变数据转折变化出现的时间。分析认为，可能是地下流体测项和地壳形变测项的观测原理不同，其观测数据对于地下应力场的感应方式有所不同，造成两者出现变化的时间存在差异。

4 结论与讨论

通过以上分析，可得出如下结论：

(1) 2019年10月28日甘肃夏河5.7级地震前，湟源台水氡和水温观测数据在当年8月初开始出现同步异常变化，由于两测项的观测机理不同，导致其受到同一因素的影响出现的变化形态不同。

(2) 湟源台的形变观测数据至8月20日左右出现转折变化，相比流体的变化滞后20 d。造成这一差异的原因，可能是地下流体测项和地壳形变测项的观测原理不同，其观测数据对地下应力场的感应方式也有所不同，导致两者出现变化的时间存在差异。

感谢马茹莹等人在该文完成过程中的帮助和指导！