金沙江下游梯级水电站水库地震地下水动态监测网(简称金沙江水网),是中国第2个专门用于水库区地震前兆监测与研究为目的的企业地下水动态监测网。文中简要介绍了该网的布设、观测网的技术构成、观测井与观测含水层的基本特征及试运行的基本结果,从观测井-含水层特征及观测到的水位与水温多月、月、日动态特征,评估了其地震前兆监测能力。

在金沙江水网的6口观测井进行了温度及其梯度的精细测量。测量结果表明: 太阳辐射热的影响深度为50～125m; 不同井的平均水温梯度不等,最小者仅0.11℃/hm,最大者可达2.81℃/hm, 一般为1～2℃/hm; 同一口井的不同深度段上温度梯度变化较大,地层岩性及其完整性,尤其是高角度的断层破碎带,对各井受太阳辐射热的影响深度与温度梯度的影响是主要的; 水温微动态的特征如同震效应、潮汐效应与震前异常特征等,在相当程度上可能取决于水温传感器放置的深度段的温度梯度特征。

差干井在2004年12月26日印尼M_S8.7地震时发生强烈井喷,喷柱高达60m。调查与分析结果表明,井喷是在特定的井区水文地质条件下,富含CO₂气体的观测含水层地下水受到地震波的扰动,一方面使大量吸附气被释放,另一方面使游离气泡被打碎,导致地下水被"汽"化,从而使含水层孔隙压力剧增引起的。

在汶川M_S 8.0地震地下流体异常资料的收集整理与宏观前兆异常的现场调查基础上,认真分析目前地震预测的困难与能力之后,认为汶川M_S 8.0地震的预测失败并不意味着地震不能预测;认为汶川M_S 8.0地震前前兆异常的数量偏少,但仍有一定规模的地下流体异常与明显的宏观临震异常;还认为震前作出预测可能困难,但震前有所觉察应是可能的。为提高中国地震预测能力,提出了要改革目前的"监测、预测、研究三分离"的管理机制和"专业与地方两条线"的管理体制,要改变地震日常分析预报中"电脑代替人脑"的工作现状和过早地"程式化与规范化"的工作模式,要提倡创新性的科学探索,要重视前兆异常的震前调查与落实,要重视宏观异常的监测与研究等的工作建议。

京北地热田包括小汤山和沙河2个次级地热田,呈三角形展布,东南部边界为黄庄-高丽营断裂,西南部边界为南口-孙河断裂,北部边界为阿苏卫-小汤山断裂。热储层为蓟县系雾迷山组、铁岭组和寒武系—奥陶系碳酸盐岩岩溶裂隙含水层,热储盖层为青白口系页岩、石炭系—二叠系砂页岩和侏罗系火山岩隔水层。该地热田地温场的平面特征是在小汤山镇和汤11井区出现2个高温区;垂向特征是随埋深加大,地温升高,但热储层内垂向增温率较低,热储盖层垂向增温率较高。该区雨水、地下冷水和热水的氢氧同位素组成基本上都落在克雷格降水线上,表明区内热水来源于大气降水。在地下水化学三线图解中,该区热水位于城区热水的下方,说明京北热水比城区热水更靠近冷水补给区。热水的³H值表现出北高南低的特点,¹⁴C年龄也由北往南逐渐增大,说明热水自北向南流动。由此认为,由北部山区渗入地下的大气降水,经小汤山以北的十三陵—桃峪口岩溶水分布区,跨过阿苏卫-小汤山断裂后发生深循环并被地热加温,流入京北地区后在该地区赋存,形成热田。根据上述特征,建立了京北地热田地热系统的成因模式并定义为京北中低温对流型地热系统。

在地震地下流体动态研究中发现有多种干扰,特别是地下水资源开发的干扰较为普遍,地下热水开发的干扰较为严重,影响地下流体动态监测的效果,因此需要关注、调查与研究地下水开采对地下流体动态的影响问题。作者在研究京北地热田区水文地质条件及热水开采的历史与现状的基础上,重点分析了热水开采对不同水文地质条件与离开采井距离不等的观测井地下流体动态的影响及这种影响在不同测项上表现的差异。研究结果表明,在京北地热田区热水开采对地下流体动态的影响距离为5km,对位于导水断裂带附近的观测井动态影响最为明显;就测项而言,对水位与水温动态的影响最为明显,其次是逸出气(Rn,Hg)动态的影响,对土壤气(CO₂)动态的影响不明显。

宏观异常的大规模出现是地壳强烈活动的重要标志,常与其后的强震活动相关。中国多次强震短临预测的成功,在一定程度上依赖于大规模的宏观异常。然而,宏观异常也具有二重性,一方面可作为重要的地震短临前兆,另一方面也可能是由构造活动引起的,不具有前兆的性质。因此,在地震预报的科学探索中,应大力加强宏观异常的观察、观测、分析与研究,识别地震前兆与构造活动异常的区别,使宏观异常在地震预报中发挥积极的作用。

系统分析了三峡井网8口井水位、4口井水温和4个井台土氡2001年的观测数据,建立了各个测项的正常动态,并检验了其各自的映震能力。结果表明,8口井水位均有固体潮显示,其对地壳体应变的响应灵敏度为10^-9～10^-10体应变/mm。井水位大多有气压效应,并受一定程度的降雨干扰。4口井的水温动态相对平稳,日变幅一般为千分之几度。4个井台的土氡动态起伏较大,变化范围在几到几十Bq/L之间。在2001年10月16日秭归县梅家河M_L36地震前,有6口井水位、1口井水温和1个井台的土氡有异常显示,表明三峡井网具有较强的映震能力。

在系统清理首都圈地区11口高精度水温度观测井近10年的观测资料的基础上,归纳出井水温度动态的多年趋势、年、月、日动态类型,并对其成因与特征进行分析。多年动态类型可归纳为平稳型、上升型、下降型、起伏型与复合型;年动态类型可归纳为平稳-阶变型、上升型、下降型、起伏型;月动态类型可归纳为平稳型、平稳-阶变型、平稳-起伏型、下降-起伏型、上升-起伏型与复合型;日动态多为随机起伏型,但在5口井发现有水温潮汐,绝大多数井中存在阶变或脉冲等。目前发现的影响水温动态类型的因素有大气降水的渗入补给、地表水的侧向补给、邻井地下水开采及观测井内的井水扰动等,此外仪器本身的不稳定性对动态类型也产生重要影响。认识上述的正常动态类型,排除各种干扰之后,仍发现井水温度有较好的映震效应,在一些中强以上地震之前有较好的短临异常,在一些远大震之时也有显著的同震异常,在个别远大震之前发现有震前异常。因此,深入研究井水温度的动态类型,有效地排除各种干扰,包括仪器不稳定产生的阶变或脉冲等,将会显著地增强井水温度动态监测的映震效能,有助于提高中国的地震短临预测能力。

三峡井网是我国第1个以监测水库诱发地震的地下水前兆为目的的专业网,由8口观测井构成.其中4口井台有水温和土氡观测,3口井台有降雨、气压与气温观测,另有一处库水位观测;每口井台中均有水位动态观测.观测项目共有26项.文中主要介绍三峡井网的观测技术系统,其中包括井网的技术系统与井台的技术构成,各类仪器设备的技术指标与安装调试,相关的供电、通讯与防雷等技术支撑设施.此外,还简要介绍了观测技术系统的运行及其基本结果.

根据中国地震局地震前兆技术改造项目的设计要求,经过数字化改造的台站由所属省级前兆台网中心统一管理,在技术上归学科前兆台网中心指导。学科前兆台网中心分为测震、形变、地下流体和电磁等 4个学科分别建设,其中地下流体学科中心的建设由中国地震局地质研究所负责,其基本任务是实现地下流体前兆台网的计算机管理、前兆数据质量的计算机监控和前兆数据的共享.

介绍了我国第1个以监测水库诱发地震的地下水前兆为目标的三峡井网布设与观测井建设的科学思路及其实施结果.由于水库蓄水引发一定震级的诱发地震时,会引起含水层应力应变状态及与其相关的孔隙压力变化,并导致观测井水位的异常变化,为此利用震级(M_S)、孕震断层长度(L)与应力应变场变化范围(R)的关系确定了井数与井间距;井位的选择,主要依据了地下水动态为映震灵敏条件的科学认识,选择了断裂带及其应力易集中的端点、拐点与交点等特殊构造部位;井深与井孔结构的确定,遵循了在有限投资的前提下,尽可能揭露封闭性好的承压含水层(带)和尽可能减少地表水文气象因素干扰的原则.按照上述思想与原理,在坝区和库首区各布设了4口井,井深为100～200m,均揭露出封闭性较好的承压含水层(带).初步观测结果表明,三峡井网的布设与观测井的建设较为成功,为诱发地震前兆监测奠定了良好的基础.

系统研究了延怀盆地上地壳热流体的温度、水化学、气体化学与同位素化学特征,确定热水成因与大气降水渗入有关,并计算了热储温度与水循环深度,认为热水活动对中小地震活动有一定的控制作用并影响断裂活动强度。

通过数值模拟,研究渗流场和应力场相互作用,了解在震源区地下水对应力场和应变场的影响。结果表明,岩石的抗剪强度及摩擦阻力随孔隙压力的增加而降低,孔隙压力使应变分布发生变化,断层及其附近剪切应力升高。地下水的这些效应可能与地震震源过程有关。

以地球科学发展的新近研究成果为基础,讨论了地壳中流体与强震活动的关系,包括上地壳热流体对强震活动的影响、中地壳流体对强震活动的控制、断裂带中古流体活动与地震活动旋回的关系,从而提出由地壳流体分布与活动特征来判定强震危险性的新途径。

根据对张北-尚义地震宏观异常的震后现场调查结果,统计了各类宏观异常的异常数量与主要表现形式,分析了宏观异常的时空分布特征,在此基础上探讨了宏观异常的形成原因及其对地震短临预报的意义。

张北-尚义地震引起了局部地表环境的破坏,主要表现为地裂缝、河岸坍塌、巨石滚落、喷砂冒水、冰面开裂等现象。对典型地段的地表破坏现象进行了分析研究,认为地裂缝优势走向为NNW与NWW向,可能与发震构造一致。

利用CO₂快速测定法监测了张北-尚义地震现场4个观测点的CO₂动态特征,并初步讨论了CO₂的来源。结果表明CO₂没有明显的异常,故认为6.2级地震之后,震区构造应力没有进一步增强的迹象。因此于1998年1月20日和2月3日两次提出15d内震区发生M_s≥5.0强余震的可能性不大的震后趋势预测意见。事实证明这个判断是正确的。

张北-尚义地震前华北北部地区存在为期两年以上的地下流体高值中期异常;近一年来该区地下流体异常此起彼落并与某些中等或中强地震活动遥相呼应;震前两个月距震中100～200km的地区出现典型的地下流体短临异常。两年来跟踪上述异常,不断修正对震情形势的认识,震前半个月做出较为成功的短临预报。

在水氡异常机制研究中,人们以往都强调岩石力学机制,即孕震过程中岩石微破裂产生氡射气。然而,大量的震例表明,水氡异常可出现在孕震早期,可见于距震中较远的井中,那里的与那时的含水层岩石很难处在微破裂状态。因此,笔者提出水氡异常的水动力学机制,即在较低的应力水平下含水岩体的变形与其水动力状态的变化引起水氡异常的机制。

详细论述了地震中短期预报工作的科学思路,即“给‘静态’的地质(壳)结构赋予动态属性,给前兆性异常赋予构造的涵义”;在这个思路的指导下,简要探讨了地震中短期预报的探索途径,提出了在地震中短期预报研究中应该注意的问题。

系统阐述了北京平原区10口地震地下水位动态观测井及其水位年动态特征,主要分析了降雨与开采对年动态特征的影响,讨论了大同-阳高地震前后某些井水位长期异常的信度。

当前地震预报的科学探索正经历一场严峻的考验。“九·五”期间科技攻关方向问题,已引起有关人员的密切注视。笔者就地下流体学科的发展与深入攻关问题,提出“建设第三代预报方法”的构想。

中国大陆东部地区的地震活动以中强震为主。本文在前人工作的基础上用统计学的方法系统分析了该区中强震前地下水位动态异常的形态,时间与空间分布特征及其与地震三要素的关系,由此建立了地震预报的指标,并用1989年10月大同-阳高6.1级地震的实例进行了其信度与预报效能的检验。

本文利用线弹性理论的二维有限元方法,计算了马17井的区域应力及井区平面与剖面的应力状态,研究该井映震灵敏的应力条件。计算结果表明井区在华北地区中强以上地震活动时具有一定的应力集中。

在一口石油深井的压裂试验过程中,观测了井孔地下水压力、流量与温度动态的反映,结果表明同层地下水动态反映明显,流量的反映幅度大于压力,由此提出在地下水动态反映含水层应力应变的机理中,水动力学过程的重要性;水动力学机理中两种信息传递方式及流体介质传递方式的重要性;对同一个应力应变过程流量的反映更优于压力的反映等观点。

汤坑群井由7口地震地下水动态观测井组成,彼此相距不过几百米。近两年的观测结果表明,这些井都能记录地球固体潮,大部分能记录地震波,但各自的显示特征不同。本文以各井孔的地质-水文地质背景条件与井孔结构特征为基础,对比分析了群井的水位固体潮与水震波特征。

孔隙压力参数是用来表述饱和岩土受力变形时所受力与超孔隙压力关系的参数,是地震地下水前兆机理研究中的重要问题。本文从室内试验、现场试验与野外观测的某些结果,分析了不同岩土、不同受力条件下孔隙压力参数的若干特征。

井孔地下水位微动态是地壳附加应力作用下形成的。地壳中产生附加应力的主要因素有地球固体潮、大气压力变动、降雨与地表水体的荷载及断层活动等。井孔水位微动态形成的基本过程是:产生附加应力→含水层变形与孔隙压力变化→含水层-井孔间产生水流运动→井孔水位发生升降。本文从岩土力学与地下水动力学的观点,对于上述过程中的重要环节进行了初步的探讨。