黄骅井水位阶变与郯庐带地震活动关系

来源：核心期刊咨询网时间：2018-09-04 16:1212

摘要：摘要：根据水位阶变幅度与含水层应力变化关系，通过潮汐应力计算了黄骅井水位正常变化幅度，确定黄骅井水位阶变标准;根据此标准统计黄骅井水位阶变日频次、月频次、阶变幅度，总结其特征，并结合郯庐带地震活动情况进行分析，发现黄骅井水位阶变与郯庐带地震

　　摘要：根据水位阶变幅度与含水层应力变化关系，通过潮汐应力计算了黄骅井水位正常变化幅度，确定黄骅井水位阶变标准;根据此标准统计黄骅井水位阶变日频次、月频次、阶变幅度，总结其特征，并结合郯庐带地震活动情况进行分析，发现黄骅井水位阶变与郯庐带地震活动有一定的对应关系：水位阶变频次较高、阶变幅度较大时段，郯庐带地震活动较活跃，但单次阶变与单个地震的对应率较低。研究结果为东部地区地震的中短期预报提供了一定的依据。

　　关键词：黄骅井;水位阶变;潮汐应力;郯庐带

　　0引言

　　地震学家们一直在致力于研究地下水与地震之间的联系，由于地下水具有普遍性、流动性和难压缩性，因此，一旦其形成具有一定封闭条件的承压系统时，地下水位变化能够非常客观、灵敏地反映地壳中应力应变状态[1]，并反映岩体受力变形破坏的过程，了解地壳运动、断层活动，进而促进地震预报工作[2]。水位阶变作为地下水位变化的一种形式，能够较好地反映地下应力变化情况。

　　在水位阶变异常方面，地下流体专家做了大量的工作。曹新来[3]通过分析阶变序列特点，研究了水位阶变异常与区域地震活动的关系，分析了其与地震活动趋势的关系;张伏凯[4]通过分析1990年以来晋2井动水位原始观测资料，发现该井附近中强地震前会出现多次阶变(组)异常;张昭栋等[5-6]通过分析井水位阶变与含水层所受应力、含水层气压系数、体应变固体潮系数之间的定量关系，发现井水位阶变愈大，含水层气压系数愈大，体应变固体潮系数愈小，则含水层的应力变化愈大;敬少群等[7]认为地下水位震前异常特征源于地震孕育过程中应力异常区的形成，当含水层的瞬时应力变化值大于临界值时，地下水位异常图像为阶变形态;当含水层的瞬时应力变化值小于临界值、但某一时段的累计值大于临界值时，地下水位异常图像为缓变形态，而地下水位异常图像出现的上升或者下降形态，取决于井孔含水层系统在大震孕育过程的应力调整再积累阶段所处的构造部位;TsutomuSato等[8]分析了2003年Tokachi-okiM8.0地震引起的22口井水位和流量变化情况，通过地下水位异常分布与位错模型求得的同震理论应变比较，发现地下水位阶变上升形态主要出现在同震应力压缩区。

　　黄骅井水位2013年以来出现了大量阶变异常，经过多次现场核实，没有查出明显的干扰因素。黄骅井所处位置构造复杂，地层存在缺失和反转叠加现象、裂缝发育，使得此井能够较好地反映含水层应力变化情况。黄骅井非常好地记录了2012年2月2日营口地震的发生过程[9]，该地震序列的发展与黄骅井水位的下降短临异常具有较好的对应性。目前黄骅井水位出现多次大幅阶变异常，通过分析这种阶变异常的特征，讨论阶变异常的机理，探寻这种异常是否预示东部地区的应力调整，都是亟待研究和解决的问题。

　　郯庐断裂带是东亚大陆上的一系列NE向巨型断裂系中的一条主干断裂带。学者们对郯庐带南延北伸的问题一直有不同的看法，但对于辽宁开原到湖北广济这一段已有共识[10]，郯庐断裂带的地震活动也基本集中此段，此段被称为郯庐地震带(郯庐带)。已有研究[9]表明黄骅井水位阶变与郯庐带地震活动有一定的指示意义，因此本文将着重研究黄骅井水位阶变与此段郯庐带地震活动关系，为震情跟踪判定提供一定的依据。

　　

　　1黄骅井井孔基本资料黄骅井又名埕古1井，位于羊二庄断裂东侧、埕宁隆起以西的埕西潜山构造带上(图1)，地理坐标为117.4°E，38.2°N。该井为石油探井，井深1250m，套管深度1165.75m，井口地面海拔6m，含水层岩性为奥陶系灰岩，地下水类型为裂隙承压水，该井约在1100m深处穿越羊二庄断裂带[11-12]，断层、裂缝和地质不整合面构成了流体活动的通道，决定了该井水位观测的灵敏性[13]。

　　黄骅井的自然观测条件比较优越，半径1.5km之内基本上是荒地和部分耕地，附近区域没有同层位井孔开采。该井顶板埋深较深，承压性好，与大气降雨无直接水力联系。由于井孔周围区域性长期持续地下热水开采影响使得水位趋势下降变化[14]。该井流体测项目前包括水位、水温观测，水位实行模拟与数字化并行观测。模拟观测仪器是SW40-1型水位仪，数字化观测仪器是SWY-1型水位仪、SZW-1型数字式温度计。

　　2黄骅井水位阶变判定标准及阶变特征黄骅井水位固体潮现象明显，可以用潮汐应力来计算黄骅井水位阶变幅度与含水层应力变化的关系。

　　3水位阶变与地震活动关系讨论

　　为统计方便，结合郯庐带及附近地震活动集中区，将边界进行简化，选取了图4红线间区域进行研究。首先统计了郯庐带近年来不同震级的地震活动情况(表2)，发现黄骅井水位阶变2013年后逐渐增强背景下，伴随着郯庐带地震活动的明显增强。

　　

　　

　　为进一步研究阶变特征，将研究区域中2007年1—12月ML4.0以上地震与黄骅井水位阶变情况进行对比。发现多数郯庐带地震前会出现水位的大幅阶变，以阶升为主，时间出现最早为震前23d，多数在震前10d内，幅度大于8cm，其中10～30cm较多。2007年1—12月共发生ML4.0地震事件65次(1周内发生多次地震记为1次)，震前出现阶变幅度大于8cm的地震48次，共发生大于8cm的阶变336次(1组连续阶变视为1次)，对应率为14.29%。因此，认为黄骅井水位对郯庐带地震活动有一定的指示意义，但对于单个地震对应率较低。

　　为了进一步判定黄骅井对郯庐带不同区域地震活动的指示意义，选取2007年以来ML2.0以上地震活动较活跃区域的7组地震序列进行了对比，地震序列包括：吉林前郭、内蒙古科尔沁、辽宁灯塔、辽宁盖州、河北滦县、山东乳山、安徽霍山。对比黄骅井水位阶变高频时间、阶变幅度、阶变频率与不同区域地震序列的发震时间、地震强度、地震频度，发现黄骅井水位阶变序列变化与辽宁盖州、灯塔、山东乳山地震活动在强度和频次上有一定的对应关系，阶变序列幅度较大、频次较高时伴随辽宁盖州、灯塔或山东乳山2级地震活跃;与吉林前郭、安徽霍山地震在发震时间上有较好的对应;与河北滦县震群与内蒙古科尔沁地震序列对应效果较差。

　　4结论与讨论

　　通过以上统计研究，得到以下2点认识：

　　1)黄骅井水位阶变对郯庐带地震有一定程度的反映，主要体现在以下2个方面：震前23d内出现大幅阶变，以阶升为主，阶变幅度较大;阶变频次较高阶段，郯庐带各区域地震较活跃。

　　2)黄骅井水位阶变序列可以反映郯庐带不同区域地震活动，黄骅井水位阶变频次、阶变幅度与辽宁盖州、辽宁灯塔、吉林前郭、山东乳山、安徽霍山地震序列均有不同程度的对应，主要表现在：黄骅井水位阶变频次较高、阶变幅度较大时段，各地区地震较发育。黄骅井水位阶变序列与滦县震群、内蒙古科尔沁地震对应关系较差。因此，黄骅井阶变异常可能是郯庐带构造活动的反映。

　　在大的动力学环境上，印度板块向欧亚板块俯冲、太平洋板块与欧亚板块碰撞，西太平洋板块俯冲产生的NWW向挤压应力作用在郯庐断裂带上，剪切分力和挤压分力引起了郯庐断裂带的右行走滑和逆冲活动;在小的动力学环境上，黄骅井在构造上处于华北沉降带中的埋宁隆起东北部边缘埕西潜山构造带，羊二庄断裂东侧，于1100m深处穿越羊二庄断裂带。这使得黄骅井成为反映含水层应力应变的灵敏点，使得该井对区域应力变化有较好的反映。郯庐带渤海湾段，郯庐断裂带与羊二庄断裂存在内部断裂带相互关联，所以黄骅井的水位异常变化在这样的动力学环境中，出现了大幅高频阶变。

　　黄骅井是反映含水层应力应变的灵敏点，但由于阶变活动较频繁，很难靠单井进行地震预测，还需要结合其他测震学指标以及大的构造环境活动情况进行分析。同时，黄骅井水位阶变的动力学过程还需要进一步研究。

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