河北文安ms51地震前流體觀測(cè)數(shù)據(jù)的空間分布特征

河北文安ms51地震前流體觀測(cè)數(shù)據(jù)的空間分布特征

家沒有顯著發(fā)現(xiàn)的異常點(diǎn)2006年7月4日，河北省文安市發(fā)生了一次ms5.1地震。這是近年來天津及其周邊地區(qū)發(fā)生的最大地震。此次地震震感強(qiáng)烈,有感范圍大。震前天津地區(qū)較早出現(xiàn)顯著異常測(cè)項(xiàng)的是寶坻王3井和王4井水汞,2006年5月這兩井水汞同步出現(xiàn)高值異常。針對(duì)該異常,天津市地震局分析預(yù)報(bào)中心流體學(xué)科組在2006年6月13日年中會(huì)商會(huì)上明確提出2006年下半年天津及鄰近地區(qū)、唐山老震區(qū)有發(fā)生中等地震的可能。臨震前又依次出現(xiàn)了寧河潘莊水位、武清高村水位的臨震前兆異常。本文針對(duì)文安地震前地下流體的異常特征進(jìn)行了分析,這將有助于對(duì)天津地區(qū)未來地震地下流體前兆異常的識(shí)別和判定。1異常鉆探準(zhǔn)備這次文安5.1級(jí)地震前,天津地區(qū)出現(xiàn)異常的井有王3井、王4井、潘莊井和高村井。其井孔分布如圖1所示。1.1天津地?zé)岙惓^(qū)王3井和王4井位于天津?qū)氎嬷芰记f鄉(xiāng)尹家鋪村,兩井相距僅1km左右。構(gòu)造上位于冀中坳陷北部王草莊凸起,北臨寶坻凸起,東靠潘莊凸起,恰好處于這兩個(gè)凸起夾持的拐角處,系應(yīng)力易于集中部位。該地區(qū)又是天津主要的地?zé)岙惓^(qū),新構(gòu)造活動(dòng)劇烈,其地質(zhì)構(gòu)造很復(fù)雜。王4井與王3井位于同一斷裂下盤的不同斷塊內(nèi)。王3井于1978年3月3日成井,1983年4月1日改為地震觀測(cè)井。井深1077m,裸眼段為883～1077m。含水層巖性為奧陶系灰?guī)r,屬巖溶裂隙承壓熱水,成井水溫65℃。1997年開始水汞觀測(cè),儀器為XG-4型測(cè)汞儀。王4井深2072.41m,含水層深度為1989.2～2015.4m,為單一含水層,含水層巖性為寒武系府君山組白云質(zhì)灰?guī)r,成井時(shí)水溫96℃,屬巖溶裂隙承壓水。1990年開始水汞觀測(cè),儀器為XG-4型測(cè)汞儀。1.2淺井淺井構(gòu)造上,潘莊井位于滄東斷裂的西側(cè),天津北斷裂的北端,距潘莊外斷裂南端約5km。潘莊井是一口淺井,是觀測(cè)天津地區(qū)所特有的咸水層。井深61.1m,套管深度為56.5m,直徑為108mm。觀測(cè)深度為48.0～54.09m,水位埋深8m左右,水的礦化度為8g/L,觀測(cè)層為第四系砂層,其上有20余米的粘土隔水層,封閉性較好,于1980年4月開始水位觀測(cè)。1.3西部擠壓nne向夏墊斷高村井位于武清縣高村鄉(xiāng)。構(gòu)造上,該井靠近寶坻斷裂,西部有NNE向夏墊斷裂。井深3402.8m,2700m以下是裸管,觀測(cè)層為寒武—奧陶系灰?guī)r,屬巖溶裂隙承壓水層,井孔密封性較好,不受地表降水及人為因素干擾。2異常配置2.1兩井高值異常王3井、王4井水汞自觀測(cè)以來,汞含量變化不受降水、氣壓等因素的影響,年動(dòng)態(tài)平穩(wěn),略有起伏。多年資料顯示,這兩口井的短臨異常特征明顯,且對(duì)張-渤地震帶的中強(qiáng)地震有很好的震前反映。2006年以前王3井水汞含量的正常背景值基本在30ng/L左右,王4井水汞含量的正常背景值在60ng/L左右。但從2006年5月5日開始,兩井先后出現(xiàn)了400ng/L以上的高值變化,王3井水汞最高值為2006年5月6日449ng/L(圖2a),王4井水汞最高值為2006年5月5日401.4ng/L(圖2b),異常持續(xù)到5月10日結(jié)束。該異常出現(xiàn)后,立即采取了對(duì)儀器穩(wěn)定性、取樣環(huán)節(jié)、使用的試劑等各環(huán)節(jié)進(jìn)行了異常落實(shí),同時(shí)分析預(yù)報(bào)人員與臺(tái)站觀測(cè)人員共同到井點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)做加密實(shí)驗(yàn),經(jīng)落實(shí)認(rèn)為王3井、王4井水汞出現(xiàn)的高值異常屬實(shí)。在異常結(jié)束54天即發(fā)生了文安5.1級(jí)地震。文安地震后,王3井水汞恢復(fù)正常變化,測(cè)值基本在均值21ng/L左右變化。而王4井水汞在2006年7月中旬又出現(xiàn)了一組高值異常,最高值為7月14日239.2ng/L。根據(jù)王4井水汞自觀測(cè)以來所映震的資料顯示,震后均未出現(xiàn)過震后效應(yīng)的特征,分析認(rèn)為該變化與文安地震無關(guān),此異常還在落實(shí)與研究中。2.2水位異常特征寧河潘莊井為咸水位觀測(cè),現(xiàn)水位埋深在8m左右,該水位動(dòng)態(tài)與地表水、降雨無直接的關(guān)系,但受下部開采層水位升降派生的牽引-頂拖力影響,水位有一定的起伏變化。多年來該井在首都圈尤其是唐山老震區(qū)中等以上地震前有很好的水位異常顯示,異常特征以水位大幅度上升的正異常為主,上升幅度常在幾米以上。2006年6月6日該井水位開始快速上升,至6月21日水位累計(jì)上升3.88m,6月20日現(xiàn)場(chǎng)校測(cè)水位,認(rèn)為該異常屬實(shí),且觀測(cè)環(huán)境無干擾源,隨后水位緩慢下降。在2006年6月21日異常結(jié)束后13天發(fā)生文安MS5.1地震(圖3)。2.3井孔封閉性較好,水位變化不穩(wěn)定高村井水位觀測(cè)的含水層較深,頂板埋深2700.6m,屬巖溶裂隙承壓水,水位埋深13m左右,水位日變固體潮記錄明顯,最大潮差約為20cm。井孔封閉性較好,水位變化不受氣壓、降雨、地表淺層水的影響。主要受周圍地下水的開采影響,年變規(guī)律明顯。2006年7月1日水位變化出現(xiàn)不同程度的高頻脈沖往復(fù)式的波動(dòng),打破了固有的水位固體潮形態(tài)變化(圖4)。2006年7月2日水位恢復(fù)正常,但在7月3日7點(diǎn)53分水位出現(xiàn)階變,下降13cm后水位恢復(fù)固體潮變化,于7月4日發(fā)生了文安5.1級(jí)地震。天津地區(qū)地下流體異常情況列于表1。3文安地震前天津地區(qū)水體異常特征通過以上分析,可以看出河北文安5.1級(jí)地震前,天津地區(qū)地下流體異常具有以下特征:(1)異常測(cè)項(xiàng)較豐富,既有地下水動(dòng)態(tài)物理量(水位)異常,又有水文地球化學(xué)量(水汞)異常。(2)異常出現(xiàn)時(shí)間的集中性。這一特征主要表現(xiàn)在:異常主要集中在短臨階段,并且有隨著發(fā)震時(shí)間的臨近而不斷增多的趨勢(shì)。短臨異常在時(shí)間尺度上一般開始于震前幾天至幾個(gè)月。由表1可知,最早出現(xiàn)異常的是王3井和王4井水汞,并于2006年5月5～10日異常結(jié)束,異常結(jié)束54天發(fā)震。隨后是潘莊水位于2006年6月6～21日突升異常,異常結(jié)束13天發(fā)震。臨震前3天(2006年7月1日)高村井水位出現(xiàn)異常。從以上異常統(tǒng)計(jì)可以看出,文安地震前,天津地區(qū)流體出現(xiàn)的異常主要是集中出現(xiàn)在3個(gè)月以內(nèi)的短臨階段,并且有隨發(fā)震時(shí)間的臨近異常數(shù)量增多的趨勢(shì)。(3)異常在空間分布上不均一。從震中區(qū)周邊的井孔分布和異常情況統(tǒng)計(jì)來看(圖1,表1),這次地震異常點(diǎn)多沿震中的NNE向(王3井、王4井、高村井)和NE向(潘莊井)分布,并分布在距震中98～129km范圍內(nèi)。而對(duì)于處在震中正東方向且分布在距震中57～105km范圍內(nèi)的靜海、張道口、辛莊井震前卻無異常顯示。明顯表現(xiàn)出了異常在空間上分布的不均一、不連續(xù)特征。(4)水化異常出現(xiàn)時(shí)間的同步性特征。王3井和王4井水汞異常,從異常出現(xiàn)到異常結(jié)束顯示出完全一致的異常過程。王3井和王4井相距只有1km,兩井均位于王草莊地?zé)岙惓^(qū)內(nèi),都是自流熱水井,但其水文地質(zhì)特征卻不同,有利于對(duì)比觀測(cè)。此次地震王3井和王4井反映的異常完全同步,在以往兩井震例中是很少見的。(5)水位異常反映出了不同的異常形態(tài)。潘莊井異常表現(xiàn)為水位突升,高村井異常為水位固體潮發(fā)生畸變。與其井孔所處的地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、含水層空隙應(yīng)力、當(dāng)時(shí)的水動(dòng)力系統(tǒng)和受力的情況不同作用有關(guān)。(6)一次地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng),在一定的區(qū)域范圍內(nèi),熱水井比冷水井出現(xiàn)異常時(shí)間要早。對(duì)于1000～2000m的高溫自流井(王3井、王4井)出現(xiàn)異常的時(shí)間最早,而對(duì)于3400m深的涼水井(高村井)水位異常出現(xiàn)的晚些。從中可以看出,處在地?zé)岙惓^(qū)的觀測(cè)點(diǎn)對(duì)異常反映更為靈敏。4地下流體異常表現(xiàn)為-應(yīng)變、不連續(xù)的特征(1)文安MS5.1地震的發(fā)生,震中位于河北平原的中部,以往多次震例表明河北平原中部的中強(qiáng)地震主要發(fā)生在NNE向和NW向兩組斷裂的交匯處附近。此次地震的發(fā)生也不例外,震中位于走向?yàn)镹NE向的大城斷裂附近。可以看出,其主要受到來自這個(gè)方向的應(yīng)力影響。這也說明一定區(qū)域范圍的地質(zhì)構(gòu)造一旦形成,其所受地殼應(yīng)力-應(yīng)變的方向性也基本形成。(2)異常在空間分布上呈現(xiàn)出不均一、不連續(xù)的特征。這主要是由地下流體觀測(cè)自身的特點(diǎn)和區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)中應(yīng)力分布的不均一性決定的。眾所周知,應(yīng)力的集中、應(yīng)變的產(chǎn)生及井-含水層系統(tǒng)的響應(yīng)是流體出現(xiàn)異常的必要條件,而這些條件的形成是受地殼構(gòu)造或應(yīng)力分布的不均一性所制約,是因地而異的。在流體觀測(cè)中絕大多數(shù)異常是區(qū)域構(gòu)造活動(dòng)產(chǎn)生的場(chǎng)兆信息,而非來自震源信息,這就導(dǎo)致了地下流體異常過程和地震的孕育發(fā)生過程不相協(xié)調(diào)。這種異常變化發(fā)展會(huì)離震源區(qū)越來越近。但這種信息在其發(fā)展過程中又存在很大的隨機(jī)性,其發(fā)展方向、表現(xiàn)形式也會(huì)因地而異的。在