张北_尚义地震的地下流体异常场及其成因分析

张北_尚义地震的地下流体异常场及其成因分析 张北2尚义地震的地下流体 ? 异常场及其成因分析 车用太鱼金子刘五洲易立新 ( ) 中国北京 100029 中国地震局地质研究所 分析了异 1998 年 1 月 10 日张北2尚义= 6. 2 地震前地下流体的典型异常, 介绍了 摘要M S 常场的基本特征, 讨论了异常场的形成和演化. 研究结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明, 中长期、中期和短期异常场 主要受构造活动的控制, 临震与震时异常场主要受震源的控制. 因此, 笔者提出了把地震预 报 科学探索的思路, 由以“源”的过程追踪为主, 调整到监视与把握“场”的动态的现实思路上 来, 从而实现有限的地震预报目标. 地震预报 地下流体 异常场 构造活动关键词 引言 1998 年 1 月 10 日 11 时 50 分, 河北省张北县与尚义县交界地区发生了= 6. 2 强震. M S 这次地震是 1976 年 7 月 28 日河北省唐山= 7. 8 地震之后, 发生在华北北部地区的 3 次 M S 主要强震之一. 这次强震, 发生在连续多年被判定为年度重点监视区的京西北2晋冀蒙交界 地震危险区内, 震前有较好的中长期与中期预测, 但没有实现临震预报. 笔者与华北北部地区有关省、市、自治区地震局及直属单位地下流体学科的科技人员, 近 3 年来也一直关注该区的震情, 开展一系列基础研究, 跟踪震情变化, 不仅实现了 ( ( ) 中 期预报 车用太, 鱼金子, 1997, 而且提出了较好的短期预报 意见 文理分科指导河道管理范围浙江建筑工程概算定额教材专家评审意见党员教师互相批评意见 车用太等, 1997, ) 1998a; 王基华等, 1998; 孙天林等, 1997. 通过震前的震情跟踪与异常研究, 尤其是通过震后科学 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 与 反思 小班合家欢主题反思小班合家欢主题审议反思小班合家欢反思恩怨历尽后的反思下载恩怨历尽后的反思下载 , 确认了一批信度较高的地下流体异常, 并以此为基础进行了地下流体异常场基本特征的研究及其成因的分 ()() ( ) 析, 认为中长期 震前 1, 3 年、中期 3 个月, 1 年与短期 震前 7 天, 3 个月的地下流 ( ) 体异常场的形成与演化主要受构造活动场的影响, 而临震 震前几分钟, 几天与震时异常 场的形成则主要受震源体的控制. 这样的认识, 无疑对现有地震预报科学探索的思路提出 了质疑. 1 地下流体监测及其异常 () 华北北部地区38?, 42??, 120?地震地下流体前兆观测井点约有 90 个, 按水, 108N E ? ( ( ) ) 国家“九五”攻关95204201204201子专题成果之一; 地震科学联合基金会重点基金952072433资助项目.1998208211 收到初稿, 1998211218 收到修改稿并决定采用. ( )( ) 位、水氡、水温 地热、水汞、气体 主要是 , 及逸出氡气五大类统计, 约有H e, H 2 2 CO ? 120 个观测项. 图 1 张北2尚义地震前华北北部地区地下流体的典型异常 () () () 静乐井水位中长期异常; 定襄泉水氡中长期异常; 怀来井水汞中期异常;ab c () () () 太平庄井水温中期异常; 马头井水位中期异常; f怀来断层气 CO 短期异常; de2 () () 塔院井水温短期异常; 五里营井水位短临—震时异常; gh ( ) ( ) 万全井水位震时异常; 兴和井水位震时异常ij 张北2尚义地震前发现并跟踪的异常和震后确认的较为可靠的地下流体异常, 共有 29 个井点、47 个测项. 按异常出现的时间与五大类测项统计, 异常分类如表 1 所示. ? 车用太, 王吉易, 黄辅琼, 等, 1998. 地下流体学科张北2尚义地震科学总结与反思 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 . 地震学 报 196 21 卷 张北2尚义地震前华北北部地区 表 1 上述异常中, 较为典型的异常, 如图 1 所示. 除地下流体异常分类统计 上述异常之外, 1997 年 9, 10 月间, 在延怀盆地的赤 类别中长期中期短期临震震时 城、宣化、张家口、矾山等地的冷热井泉水中, 发现 水位12 6 3 1 4 大面积大幅度的与异常. 异常幅度较正常背景 H 2 H e 水氡 7 1 0 0 0 高几十倍乃至几百倍, 表现出一次强震前地壳深部气 水温 2 1 2 0 1 水汞 体强烈释放的异常.0 2 0 0 0 气体 0 3 2 0 0 21 13 7 1 5 小计 2 地下流体异常场的基本特征 2. 1 地下流体异常的空间分布 张北2尚义地震前地下流体异常分布较广,主要分布在 112?, 120?、38?, 41?范围 EN 内. 如图 2所示, 异常井的分布表现出较明显的条带性, 即主要沿着向的张2渤带与 a NW 向的山西带展布, 特别是向展布的特征更为明显. 地下流体异常展布的条带性图N E NW () 象,这次与 1995, 1997 年间华北北部地区?4. 0 地震活动分布图象 图 2十分相似. M S b ) ( 地震前地下流体异常井点的震中距, 最远可达 430 河北昌黎井水氡, 最近为 26 km km( ) 内蒙古兴和井水位. 不同震中距范围内的异常井点数量分布, 如图 3所示. 由图可见,a 异常集中出现在震中距 100, 400 范围内, 占异常总数的 86%.km 这次地震前地下流体异常的空间分布, 还表现出异常井点主要沿活动断裂带分布的特征. 如图 3所示. 83% 的异常出现在距活动断裂的水平距离?5 的井点上, 特别是约 b km 有 50% 的异常井点的位置距活动断裂的距离?1 , 而远离活动断裂带的井点出现异常 km 很少. 2. 2 地下流体异常的时间分布 张北2尚义地震前, 地下流体异常最早出现于 1994 年 7, 8 月间, 主要是一批水位与水 氡的高值异常. 这批异常值出现后, 发生了两次强震, 即张北2尚义地震外还发生了 1996 地震. 因此, 还不能把这批异常全归结于张北2尚义地震的异 6. 4 年 5 月 3 日包头西= M S 常, 但又不能完全分开异常的属性. 张北2尚义地震前地下流体异常的时间分布, 表现出 3 个基本特征: 其一是随着发震时间的到来, 异常井数与项数表现出增多的趋势; 其二是异 ( ) 常井数与项数的增长过程是起伏式的 表 2; 其三是中长期异常以水位和水氡异常为主, 中期异常以水温、水汞和气体异常为主, 到短临阶段则以水位、气体和水温异常为主. 对上述异常中的水位与水氡的中长期高值异常的性质, 曾进行过专题研究. 分析研究 了水位高值与年降雨量的关系、与城市地下水开采量的关系、与地表水渗入补给的关系, 以及水氡高值与井水位的关系等, 排除了这种高值异常可能是气象、水文及人类活动引起 () 的“伪“异常的可能性, 并进一步论证了作为地震异常的可信性 车用太等, 1997. 张北2尚义地震前地下流体异常的时间分布 表 2 震前时间 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13, 2425, 36 月 总项数2 3 0 3 3 2 1 1 4 0 0 0 4 9 水位 1 1 0 2 1 2 1 1 0 0 0 0 1 9 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 3 0 水氡 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 水温 水汞 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 气体 图 2 华北北部地区地下流体异常与地震活动的空间分布 () ()地下流体异常分布图; b M ?4. 0 中强地震分布图 aS () () 图 3 不同井震距范围 和不同断裂距范围 内异常井点分布 ab 2. 3 地下流体异常的时空演化 地下流体异常的时空演化, 主要表现出异常空间的展布, 随发震时间的到来由无序趋 向有序、由外围向震中迁移的特征. 图 4 所示为张北2尚义地震前的中长期、中期和短期阶 ( 段地下流体异常井点的展布图. 在中长期阶段, 异常展布是零散的, 在远离震中 300, 400 ) 的河北省唐山地区与山西省忻定盆地及距震中仅几十公里的内蒙古乌兰察布盟, 同时 km ( ) 出现了水位与水氡的高值趋势性异常 图 4; 到中期阶段, 异常数量明显增多, 而且呈现 a (() ) 出条带状展布的特征 图 4; 到短期阶段, 异常主要出现在距震中不远 100, 200 的b km 地震 学报 198 21 卷 ( 张北2尚义地震前, ) 地方, 但在震中区尚未见到明显异常 图 4. 因此, 从总体上看,地下c () 流体异常表现出由外围向震中迁移的趋势 图 4.d 图 4 张北2尚义地震前不同阶段地下流体异常的时空演化图 () () () () 中长期阶段; 中期阶段; 短期阶段; 时空演变趋势ab cd 在不同阶段, 地下流体异常形态上也表现出一定差异. 中长期阶段以缓变类上升型异 常为主; 到中期阶段以阶变类突升或突降型异常为主; 到短期阶段则在震中邻区开始出现 () () 大幅度阶变类可称剧变类异常, 如怀来 = 120 断层带释放量异常较背景值高? km CO 2 (() ) 10 倍, 塔院井 = 205 水温突升幅度达正常日变幅 13 倍, 五里营井 = 147 水位? km ? km 频繁出现幅度达 70, 80 的负脉冲等. mm 2. 4 震中区地下流体的临震宏观异常 ( 张北2尚义地震后, 笔者赴震区进行多方面现场调查. 地下流体宏观异常调查结果 刘 ) 五洲等, 1998引人深思. 震中区确实出现了一批地下流体的显著异常, 其中包括井水位的 上升与下降, 泉流量的增大与减少乃至断流、井泉水的变浑变味等. 这些异常, 多数是在 震后一、二个小时发现的, 现在很难判定多数异常开始的确切时间. 然而, 部分异常确实 是在震前发现的, 最为典型的是张北县大河乡寒淖台村西南泉池水异常, 震前一个小时发 现泉池水上涌与变浑. 因此, 有理由推测这些宏观异常可能始于震前一定时间. 在华北地 区 ()其它强震前也有一批震前异常与震时异常同向变化的先例汪成民, 尹伯忠, 1982. ( 这些宏观异常的空间分布, 表现出一定的规律性. 如图 5 所示, 震中区 大体上以烈度 ) VI度线圈定区为代 表井水位以下降为主, 泉水流量以减少为主, 个别泉水断流; 而震中外 围区井水位多上升, 升幅可达 1, 2 , 泉水流量多增大, 有的泉水流量增大 2, 3 倍.m 如果这些异常, 确实是震前几小时乃至几分钟开始出现, 则可以认为震中区的异常出现于临震阶段, 其形态以剧变类为主. 而这样的推测, 与随着发震时间的到来, 地下流体 异常在空间上由外围向震中迁移、地下流体异常的形态类型为缓变类?阶变类?剧变类的 演化, 完全吻合. 3 地下流体异常场成因的分析 3. 1 中长期—短期异常场的成因 长期以来, 国内外地震预报专家们, 总是认为地震前兆异常主要来自震源体的活动, ( )前兆场的演化受震源体发展过程的控制 郭增建等, 1979. 其实不尽如此, 特别是在中长 张北2尚义地震的地下流体异常的特征, 进一步肯定了后一 期—短期阶段基本上不是这样. 种认识. 如果震源过程控制前兆场,那么前兆场的展布理应与震级大小相匹配, 而且前兆场范 围应该有限, 如= 6. 2 地震,前兆场展布范围的理论值应不超过 70, 80 . 但实际观M S km 测到的前兆场尺度比该值大几倍. 此外, 并不表现出随震中距的变小, 而异常井或异常项 密度增加和剧变类异常增多的趋势. 支持地下流体中长期—短期异常不是来自震源观点的另一证据, 是异常过程和 发震 时间的关系, 如图 6 所示. 地下流体异常与发震时间的关系概化为 4 种类型: ?图 6所示a ( ) 的地下流体异常开始出现后还不到峰值 或转折时发震;?图 6所示异常发展到峰值时 b 如果异常是震源过发震;?图 6为异常峰值过后发震; ?图 6为异常全部结束后发震. c d 程产生的, 那么?型关系中的地下流体异常是典型的震源过程产生的, ?型关系也可能与震源过程有关. 然而, 在张北2尚义地震前恰恰没有发现?型关系, ?型关系也不占优势 ( )表 3. 从 4 种关系类型与井震距的关系上看, ?型关系与?型关系应主要出现在距震中 )(较近的地方. 然而, 事实上也不是这样. 如表 4 所示. 另一方面, 值得注意的事实是, 地下流体中长期、中期与短期异常井点, 大多数分布 () 在距活动断裂较近 ?5 的距离内, 离断裂较远处的观测井点上出现的异常为数不多,km 即使在离震中较近的地方也是这样.距断裂?1 井点出现的异常占绝对优势. 因此, 笔km 地震学报 200 21 卷 图 5 张北2尚义地震前震中及其外围 图 6 张北2尚义地震前地下流体异常 地下流体宏观异常展布图 过程与发震时间关系概化图 张北2尚义地震前地下流体异常 表 3 者认为, 中长期—短期阶段的地下过程与发震时间关系统计 流体异常是断裂活动产生的, 并非 是震源体演化的结果, 地下流体异 关系类型?型关系?型关系?型关系?型关系常场是区域构造活动的成因. 显而 20% 0% 30% 50% 所占比例 易见, 地下流体异常的主体是场 兆, 而不是源兆. 张北2尚义地震前 4 种关系的震中距分布 表 4 3. 2 临震异常场的成因 关系类型?型关系 ?型关系 ?型关系 ?型关系 临震阶段在震中及其外围出 出现井震距 , 12426, 43068, 205 100km 现的地下流体异常, 具有源兆的性 质, 即可能是震源体活动产生的异常. 这是因为,不仅异常的展布是围绕着震中区的, 异 常的形态多为剧变型, 而且异常性质强烈表现出震中区膨胀与外围区压缩的特征. 这种特 ( 征, 与震后现场调查揭示出的震中区地面相对隆起与外围区相对下沉的地形变异常 车用 ) 太等, 1998基本吻合.b 4 结论与讨论 通过以上分析, 可以得到如下基本结论: () 1张北2尚义地震前地下流体异常, 多数信噪比很大, 信度高, 在国内外同类震例中 少见. ( ) 2地下流体异常的时空分布表现出一定的规律性, 特别是异常井点的空间展布呈条 带性, 异常井数随时间表现出起伏式增长的趋势. ( ) 3地下流体异常的时空演化, 表现出由外围向震中迁移的特征, 而且在中长期阶段 零星散布, 中期阶段呈条带状分布, 短期阶段在震中外围集中以及临震阶段在震中区集中 出现. ( ) 4不同阶段地下流体异常的主体形态有差异. 中长期阶段以缓变类异常为主; 中期 阶段开始出现阶变类异常; 短期阶段以阶变类异常为主, 有少量剧变类异常; 临震阶段则 全为剧变类异常. () 5不同阶段地下流体异常的主要测项也有差别. 中长期阶段以水位和水氡异常为主; ( ) 中期阶段以水温和水汞异常为主;短期阶段以水温、水位和气体 , , 异常为主; CO 2 H 2 H e 临震阶段则以水位异常为主. ( ) 6中长期—短期阶段地下流体异常是以区域断裂活动产生的场兆为主体, 临震阶段 的异常则以震源体活动产生的源兆为主. 鉴于上述认识, 笔者提出如下建议: ( ) 1现阶段地震预报的科学探索中, 应进一步加强地下流体的监测与研究, 这有利于 提高短临阶段发震时间的判定能力. () 2不仅要继续重视以“源”为基础的传统预报思路, 而且必需强化以“场”为基础的新 预报思路. ( ) 3加强现今构造活动信息的监测研究, 特别要加强可能最灵敏地反映现今构造活动 微动态的流体热动态与断裂放气动态的监测与研究. 本研究得到河北省地震局王吉易, 中国地震局分析预报中心孙振敖和黄辅琼, 中国地震局地质研究所王基华、张培仁和朱清钟, 山西省地震局王爱英、范雪芳和张淑亮, 以及 内蒙古地震局高立新、燕志强等同志的协助, 在此一并表示谢意. 参 考 文 献 ( ) 车用太, 鱼金子. 1997. 地下流体的源兆、场兆、远兆及其在地震预报中的意义. 地震, 19 3: 283, 289车用太, 鱼金子, 谷元珠, 等. 1997. 华北地区地下水高值异常与 1998 年地震预测. 见: 国家地震局地质研究所编. 地 ( )震危险性预测研究1998 年度. 北京: 地震出版社, 69, 76 ( ) 张北2尚义地震前的地下流体异常及其跟踪预报. 地震地质, 20 2: 94, 104 1998. 车用太, 王基华, 林元武, 等.a( ) 1998. 张北2尚义地震典型地段的地表破坏. 地震地质, 20 2: 179, 182车用太, 刘五洲, 王基华, 等. b 郭增建, 秦保燕. 1979. 震源物理. 北京: 地震也版社, 70, 87 ( ) 张北2尚义地震宏观异常的震后调查与分析. 地震地质 , 20 2: 183, 188 1998. 刘五洲, 车用太, 林元武, 等. 1997. 地下流体异常与 1998 年地震趋势分析. 见: 国家地震局分析预报中心编. 中国地 孙天林, 邢玉安, 孙振敖, 等. ( ) 震趋势预测研究1998 年度. 北京: 地震出版社, 188, 195 汪成民, 尹伯忠. 1982. 唐山地震前地下水位异常变化. 一九七六年唐山地震. 北京: 地震出版社, 266, 276 ( ) 王基华, 林元武, 高松升. 1998.地震地质, 20 2: 113, 116怀来断层气 CO 监测及张北2尚义地震的短期预报. 2