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福建省地震地下流体学科发展报告
　　[摘要]该文回顾了地震地下流体学科的国内外发展现状，阐述了福建省地震地下流体学科当前在地下流体监测、科学理论和前兆机理工程实验等方向研究的情况，并针对目前该学科发展中存在的不足之处，建议福建省地震地下流体学科未来发展应加强前兆理论，开展多测项和多学科交叉、加强监测台网能力等方面的研究。 中国论文网 http://www.xzbu.com/1/view-243647.htm　　[关键词] 地震 地下流体学科 发展 福建 　　 　　1前言 　　 地震地下流体学科主要是研究地下水含水层弹性孔隙介质在地震孕育过程中受力、变形、破坏所引起的其水位、水温、水氡以及化学组分的变化及其前兆特征。研究表明，地下流体在震前、震时与震后会呈现长―中―短―临异常变化，可以对地震构造运动作出灵敏的响应，通过地震地下流体的研究可以揭示地壳构造作用或地球动力学过程与地下水动态变化之间的相互联系的机制，可以研究在不同地质构造条件下地壳应力应变以及地震活动等与地下水动态变化的联系。 　　 地下流体的异常动态与地震的孕育和发生过程之间有着密切的成因上的联系。地下流体作为地壳介质的一种特殊的、最活跃的组分，观测的物理量明确，观测方法简单直观，它能够灵敏地反映地震孕育过程中岩石的应力应变，同时地下流体的动态变化，对岩石的应力应变过程还产生促进作用，因此它是地壳应力应变状态的一种指示器。多年来，地震地下流体学科获得大量观测资料，在我国地震预报中起着举足轻重的作用。根据1966年～1999年大陆188例Ms≥5.0地震中，共有803项流体异常与其中126例地震相关。对比各学科前兆异常数量及其百分比：地下流体105个，50.0%；形变学科72个，34.3%；电磁学科33个，15.7%。另外，1975年～2001年成功预报破坏性地震24次，其中地下流体学科为成功预测提供依据16次，提供决策性依据13次，居测震之外的各类前兆学科之首。以上数据足可见地下流体学科在地震预报中所处的重要地位。 　　 但是，客观地说，我们的地震预报水平还很有限，地下流体学科研究工作还有很大困难。王庆良总结了当前预报水平低的客观原因：强震发生概率小；监测台网稀少（许多异常捕捉不到）；震源深，地表干扰大，不能深入地下观测；地震现象复杂；科学发展水平有限，地震孕育过程和前兆异常变化机理认识不够。陈?院士指出：研究地下流体，特别是研究孔隙流体存在两方面困难：一是观测方面，地面上用各种方法观测到的是岩石作为多相的平均性质，根据这种平均性质反推地下流体存在的形式和数量，属典型的反演问题；二是存在于固体岩石骨架与流动的孔隙流体的相互作用，这种作用表现为非线性的数学关系。因此，地下流体研究工作有更深、更远、更好的发展，还需要广大工作者共同努力。 　　2国内外地震地下流体学科发展现状 　　2.1 国际地震地下流体学科发展现状 　　 早在上世纪30年代以来，西方国家对地下流体的研究，主要兴趣放在承压含水层的井水位变化对体应变固体潮进行响应的观测分析方面，直到上世纪70～80年代，随着发现在大震前地下水氡含量增加，才引起了对地下流体用于地震监测的兴趣和重视。地震前水位异常的原因很多，除了与地震有关的构造应力引起的变化外，还有固体潮、气侯变化、人为因素等的影响。而强震震后的水位变化则不同，它直接是由地震的发生引起的。国外也有很多学者对水震波做过研究，一些学者（Wakita，1975；Quilty，1997）认为几个震源体范围内的承压含水层的水位阶梯状变化是由于多孔弹性介质对静态应力场的响应；Blanchard等(1935)用一个有限开口空腔代表含水层，给出了水位波动振幅与地球纵向位移的比值。Eaton等(1959)通过计算求得了一个开口井水位波动最大振幅，并给出了地震波类型和波长与振幅之间的经验关系式。Pexin等(1962)建立了一个井孔的响应与远震之间的关系，得到“井水地震仪”的放大倍数与波动周期的关系。Cooper等(1965)认为开口井孔中水位波动对地震波响应的程度取决于井孔的尺寸、含水层的导水系数、贮水系数和孔隙度以及波的类型，任何类型的能够造成含水层体膨胀或垂直运动的地震波都能引起井水位的波动，但对体膨胀的响应要比对垂直运动的大得多，能同时引起膨胀和垂直运动的瑞雷波造成的井水位波动最大，并给出了不同井孔尺寸和含水层常数情况下井水位波动幅度曲线。 　　 近几年来，不断出现一些井水位对上百公里外的地震持续单调变化响应的报道，这种响应是由地震波引起的。单调变化的持续时间因地震不同而异，短者可在几秒内突跳到峰值，长的单调变化可持续数天到数周，水位变化幅度远远超出了根据静态应力场计算的结果(Roeloffset.al，1998；King 1999；Brodsky，2003)。 　　 分析美国、日本、俄罗斯等国家的地震预报研究思路，在理论研究方面重视观测资料的反演问题，建立模型进一步解释地壳动力学特征；在分析前兆资料对地震预测的作用方面，注重资料的可靠性和稳定性；在观测技术方面，重视多手段的比测研究，发展尽可能避开地表环境干扰、接近深部物质活动的观测技术。对地震前兆机理的认识，仍然建立在前兆观测对构造活动应力应变响应的基础上。 　　2.2 国内地震地下流体学科发展现状 　　2.2.1 台网建设与观测技术 　　 中国大陆地震地下流体观测台网现有专业观测台站（点）350余个，构成了以水文地球化学、地下水动态和地热3大固定观测网，观测项目主要以地下水位、地热（水温、地温）、流量、氡、汞、氢、氦、CO2，以及溶解于地下水离子组分等。观测点以断裂带上出露的温泉和井深为150～400m的浅层承压水，以及m的深层承压水为主，同时，还开展活断层土壤气（氡、汞、CO2等）的连续观测，构成深浅结合的立体观测技术体系。“十五”期间，我国在华北、西北、西南建设3个流动观测技术系统，其任务是进行固定观测站的背景值观测；在强震危险区或危险区进入短期阶段开展加密观测和宏观异常的评估；在强震发生后开展现场观测。 　　 20世纪80年代开始，我国逐步开展从模拟观测到数字化观测技术的改造，目前，除水位、水温、氡、汞等日常观测项目实现数字化观测外，在“九五”、“十五”期间，还开展了二氧化氮、气体总量、pH值、浑浊度、微流量等新的数字化仪器的研制。数字化观测技术的应用和推广标志着我国地震地下流体观测网在科学技术上的重大进步。 　　 随着“九五”、“十五”数字化进程的不断推进，数字化观测已在全国全面铺开。“九五”期间已对28个省、市、自治区114个观测站进行数字化技术改造，其中104个观测站的水位与水温（地热）观测实现了数字化、61个人工取样水氡观测站改造成数字化气氡观测站、21个人工取样水汞观测站改造成数字化气汞观测站、新上了4个数字化氦气观测站、3个数字化氢气观测站。随着“十五”数字化进程的推进，又有134个观测站的水位、141个观测站的水温（地热）、40个观测站的水氡、30个观测站的水汞观测实现数字化。 　　 目前，观测技术的发展主要体现在高新技术和综合技术的应用方面。如探索研究耐高温、耐高压的光纤传感器、纳米技术传感器、网络传感器、温度和水位综合传感器、高精度孔隙压传感器等。 　　2.2.2 理论方法和机理研究 　　 多年来，地震地下流体学科不断探索理论方法和地震前兆机理的研究工作。 　　 20世纪80年代，通过对流体前兆机理的研究，李宣瑚提出了地下水氡浓度前兆异常的“扩散―收缩模式”；车用太提出了应用应力―含水层变形―水动力条件改变等作用过程，解释了地下水位上升、下降的机理，及基于前兆的空间分布特点和在地震预测中的作用，提出了“源兆、场兆与远兆”的观点。
　　 朱庆杰（2003）通过地下岩体天然裂缝的数值模拟及其对流体活动的控制研究，认为断层、裂缝和区域不整合面构成了流体活动的通道，流体主要分布在通道附近。裂缝的发育程度决定了岩体流体的储存能力，从而进一步决定了岩石力学性质的变化，是岩石遭受进一步破坏的前提条件。该研究给我们的启示是：活动断层中一定富含流体，流体的存在促使了断层的进一步活动，监测流体的动态变化，对判定断层活动乃至地震活动是有坚实基础的。 　　 车用太等人（2003）通过对地壳中流体动力学模型的研究，根据影响地震流体动力特性的主要因素和介质渗透特征，把地壳深流场分为深度小于6km的浅部带、6～17km的过渡带和大于17km的深部带。分析了不同地质环境各种地质作用对地震流体系统的作用特征。对地壳中普遍存在的异常孔隙压力现象，从流体动力学的角度进行了解释，认为周期性地震活动是形成异常高孔隙压力的主导因素。 　　 刘耀炜等人（2004）在“十五”国家科技攻关项目“地下流体短期前兆特征及机理解释”项目研究中，系统总结了“单一型”和“复合型”两类流体短期前兆的“源兆”与“场兆”的特征，提出了流体短期前兆产生的机理和过程模型。提出不同地壳结构类型，直接影响强震孕育过程；由于岩石圈流体通道中的存在，使得中地壳低速高导体容易受到热扰动影响，由此产生的热应力与构造应力迭加，是地震发生和派生短期前兆的主要原因之一。对流体短期前兆产生的动力源的分析认为，浅层流体活动和深部热物质的上涌的热能扰动是流体短期前兆产生的两个最主要因素。 　　 近年，刘耀伟等通过大量台网数据的扫描处理和震例研究，分析了地下流体强震短期前兆的典型特征，提出了典型短期前兆特征依托的实验基础和理论依据，进行了数值模拟和理论解释，通过数值模拟方法探讨了短期地震活动性图像和强余震触发机理。 　　 通过“九五”、“十五”攻关研究，提出地下流体储量变化是地震和多种前兆发生的附加力源的观测，提出了流体对孕震过程有控制作用的论点和地壳硬夹层与流体促震假说，对前兆异常产生的机理提出了破裂力学成因、介质状态变化成因和物质运移成因等3种成因类型，提出了前兆的深浅部流体耦合作用伴生模式。 　　2.2.3 同震响应和震后效应 　　 同震响应和震后效应是目前国内外学者研究的热点之一。有关含水层对地震波的响应研究，国内外学者做了大量工作，取得了许多成果。 　　 汪成民等(1988)通过对大量井水位记录资料的分析研究发现：震中距大于2000km时以振荡型为主，震中距小于500km时以阶变型为主，震中距为500～2000km时以两种变化型态的混合型为主。只出现水位振荡变化的井孔，地震波引起的水位变化在振荡过后仍会按照原来的形态变化;出现水位单调变化的井孔，其水位埋深有的是永久的改变，不能恢复到震前的状态，有些井则在地震之后或快或慢趋向于恢复，恢复调整过程中的变化形态不同于正常的水位变化。 　　 丁仁杰(1990)、万登堡(1992)、鱼金子、车用太等(1995)注意到井水位记震能力随时间的变化，寻找其与含水层应力状态的关系，认为单井及群井井孔水位记震能力的显著变化与近大地震有一定关系。 　　 国内学者(张昭栋等，2000)对山东5口水井进行SLUG(把一圆柱体迅速放入井水位以下或取出模拟注水、抽水)试验，认为水井含水层系统对地震波的响应主要取决于水井含水层系统的固有振动周期和振动的阻尼系数及含水层的渗流特性。固有振动周期越是接近瑞利波的振动周期(20s)，振动的阻尼系数越小，渗透系数越大，井水位对地震波的响应越强烈。 　　 大地震发生后的外围井点对其响应或被激发而形成的异常统称为地下水的震后效应(汪成民，2001)。通过分析大量变化各异的地下水震后效应记录，可从形态上将它们分为两类:快速的振荡变化和持续的单调变化;后一种类型视形成时间的长短又可分为急速的阶跃变化和缓变。这三种变化型态有时候是单个出现，有时候是组合出现。 　　 吴培雅等利用2003年至2005年6月东三旗台站的GPS、体应变和水位观测2年半的观测数据进行分析，结果发现三种观测方法不仅能观测到固体潮与地面沉降，还能观测地壳变形异常，但在该文中，水化观测值还是以长度L作为量纲，未能与采用体应变仪得到的体应变值进行对比分析，造成此问题的原因是因为没有找到一种对井水位观测值进行标定从而给出其格值的可行方法。 　　 晏锐等人利用昌平井体应变、水位对日印尼8.7级地震的响应特征进行了分析。分析结果表明，安装在钻井中的体应变仪所记录到的由印尼8.7级地震所引起的体应变最大幅度为1.，而钻井水位记录到的水震波最大幅度为102.6mm，因未能得到观测格值，不能就安装在井孔中的体应变仪结果与井水位所得到的结果进行对比分析。 　　 水位的阶跃变化也是一种常见的震后水位变化现象。汪成民等(1988)通过对唐山地震引起的井水位阶变异常研究，认为水位阶变空间分布基本上反映了地震后构造块体应力调整图象；张昭栋等(1994)认为承压水位是含水层应力应变的反映，与区域应力场有关，水位的变化包含有地震前兆信息，进一步分析了井水位阶变与含水层所受应力之间的定量关系，给出了利用承压井潮汐理论反演含水层应力变化的方法，并估算了日本秋田7.7级地震时引起中国应力场的调整；李有才(1995)对四川几口井的资料分析认为，强震同震阶变对预报未来的强震有指示意义；王道(2000)认为地下水的阶跃变化与地震破裂、构造牵动、块体调整有关；黄辅琼等(2000)认为大震引起的异常空间丛集区，对未来的短期至中短期地震危险区有指示意义。万登堡、付虹等(2002)把水震波、阶变称为同震效应，而把地震波经过后紧跟的水位异常变化称为震后效应，提出震后效应的单井、密集、条带、迁移等空间分布可对老震区余震、外围区及井位附近牵动性后继地震地点有指示意义。 　　 陈大庆等（2006）总结出了目前国内关于井―含水层系统对地震波同震响应研究的6个方向的进展：第一是对地震水震波记录特点的认识，认为同震水震波以记录浅震为主，单井的水震波记录通常具有方向性。第二是对井―含水层系统水震波记震能力的研究，认为井―含水层系统对地震波有天然的放大效能，不同井孔的放大倍数的大小取决于井―含水层系统的多方面因素，而最重要的因素可能是其导水能力，井―含水层的导水系数越大，其渗透性能越好，对井水位振荡时产生的阻力越小，对地震波的响应幅度越大，响应次数越多。第三是区域应力场变化与井―含水层系统水震波记震能力关系的研究，认为当地震孕育的过程使含水层受力状态发生变化时，有可能引起井孔水震波记震能力的显著变化。当含水层受压应力作用而空隙率变小，井由此引起渗透性变弱时，井孔水震波记震能力可能降低，记震幅度变小，振荡持续时间变短；相反，含水层受张应力作用而空隙率变大，井由此引起渗透性变强时，井孔水震波记震能力可能加强，记震幅度变大，振荡持续时间变长。第四是对井―含水层系统响应频率的研究，认为井―含水层系统对地壳中含水层应力应变的响应频率域是较广的，可记录到地震波中的瑞雷波（周期为10～20s）、潮汐波动（周期为1/3～1/2d）、气压波动（周期为数小时～数天）。但各井对不同频带的信息响应能力是不同的，这种响应能力的差异一般认为取决于井―含水层系统对不同频率信息的共振周期、放大系数和阻尼系数等。第五是同震波产生机理的研究，认为任何类型的能够造成含水层体膨胀或垂直运动的地震波都能引起水位的波动，水位的波动主要由瑞雷波引起，因为瑞雷波可同时引起膨胀或垂直运动。当这些波通过含水层时，含水层内孔隙介质发生体积变化使得水位震荡。第六是同震气泡脱逸现象的研究，当水位同震出现水震波时，同井水温大幅下降，并且在水面能够观测到大量的气泡上涌。因此认为水温同震下降的机制和井水气体的释放有关，当气体释放时，带走了热量从而降低了水温，而水震波的成因也和气体脱逸有关。
　　2.2.4 野外实验和室内研究 　　 早在地震科学研究的初期，野外实验研究就被作为一种非常重要的研究手段。“十五”期间，我国利用三峡水库蓄水过程的缓慢加载作用，研究了库区周围水位、水温以及气氡连续变化的过程；在甘肃利用井下爆破实验，开展了地声、流量、深井温度以及水化学组分的应力加载实验，对比5台强震记录，进行了振动能量定量分析研究，研究应力加载过程中的流体前兆机理。 　　 目前，实验地球化学对高温高压下超临界物质的研究，以及流体本身的动力学作用受到地学界的关注。针对性地进行以验证地震科学某些理论观点的流体实验研究，是地震流体学科基础研究的重要部分。地下流体的实验研究不仅重视前兆异常信息形成的机理，还注意信息的传递与表现机理的研究，如利用水动力学模型完成了地下水化学和逸出气异常信息迁移的实验研究等。 　　2.2.5 预报方法和实践 　　 在我国，地震预报基本可以归纳为两个阶段，即经验预报阶段和由经验预报向统计概率预报发展阶段。在此期间，许多学者对如何应用流体观测资料进行地震预报作了大量的研究，从“七五”到“十五”，研究并完善了一系列地下流体预报指南，建立了强地震流体异常短期预报思路与方法，完成了水位水化短临预报综合判定方法软件、地热（水温）前兆数据处理软件系统。 　　 从开展地震地下流体研究40年来，在地震预报实践中做了大量的工作，并取得了一定成效。40年来，利用地下流体异常对我国大陆发生的一些强震作出了较好的预测意见，如1976年龙陵7.4级地震（水氡、水温）、松潘7.2级地震（水位、水氡、水化组分）、1990年青海共和7.0级地震（水氡）、1994年云南澜沧7.4级地震（水温）、1998年张北6.4级地震（水氡、水温、二氧化碳）等。根据1966年～1999年大陆188例Ms≥5.0地震中，共有803项流体异常与其中126例地震相关。另外，1975年～2001年成功预报破坏性地震24次，其中地下流体学科为成功预测提供依据16次，提供决策性依据13次，居测震之外的各类前兆学科之首。 　　 另外许多学者应用现有的观测资料，对地下流体预报工作做了大量的尝试。简春林（2004）根据《中国震例》（1969年～1999年）在中国大陆发生Ms≥5.0地震188次震例资料，将其中与流体异常相关的126个震例中的803项流体异常按异常出现、异常转折至发震随时间变化和异常数量随震中距距离变化分布的时、空特征进行统计、分析。研究结果表明，无论是趋势性异常还是短临异常，在不同的时间段中，异常数量呈现出明显的阶段性分布特征；异常数量空间分布会随震中距的变化而不同。在统计研究中还表明，两者在时、空分布方面有较好的一致性。 　　 晏锐等（2004）对中国大陆1969年以来11次7级强震前地下流体前兆观测资料分阶段进行统计分析，并选用雷达图描述了中国大陆7级强震前地下流体前兆异常的时空特征，认为其特征主要表现在：异常出现时间上的阶段性与不均匀性，中长期趋势性异常分散，短临异常相对集中，且各占总异常比例的50%左右；震前异常集中在一定的范围内，沿活动断裂呈现出一定的集中性；中长期趋势异常较早出现在震源区附近，并呈现出由震源区向外围扩散―收缩―扩散―收缩的过程，特别是进入短临阶段后，异常向震源区收缩的趋势更为明显；在震源区（或在距震源较近的范围内）异常所占的比例大，远离震源区所占比例小，且有由震源区向外围逐渐减小的趋势。 　　3福建省地震地下流体学科发展现状 　　3.1 福建省地下流体监测 　　 福建省地下流体监测台网建立了一套地下水化学动态以水氡为主，水化学组分为背景性监测；地下水物理动态以水位为主，流量、水温相互配合的综合观测台网。监测水点的布设思路是，一方面根据地质构造、水文条件、地震活动及观测要求，按浅、中、深不同井深布设井泉，和监测主要地震活动区域的前兆信息需要，沿长(乐)诏(安)断裂和我省主要几条北西向断裂带的交汇处地区以及其它地震活动区域布设地下流体监测水点。 　　 早期的水氡台网均以FD―125氡钍观测仪工作，上世纪80年代至90年代中期，福建水氡台网的观测系统处于全国水氡观测台网的先进行列，其中福州、漳州两个专业台站1989年均被中国地震局列入全国地下流体基本台网，其余水氡观测点均系省属网点；1994年9月由蔡诗凰同志主持(与漳州地震台张远城同志及厦门大学)的“逸出氡气电离法连续自记仪研制”的国家地震局台站“三结合”课题被批准，资助研究经费3000元。1998年6月，省局水化中心站由曾飞同志主持的在福州的乌鸦嘴泉结合国家地震局“131”工程配备的SD―3型自动测氡仪开展试观测研究，其结果表明：只要研制宜于脱氡的泉口观测装置，在泉点低水头观测条件下，也是可以开展逸出氡数字化观测；该实验还对氡气流径与排放，泉点周边基建、排污等影响作了较有特色的研究。长乐土壤氡气观测点(原采用FD―3017RaA氡钍观测仪，后先后采用了国家地震局分析预报中心申春生等人研制的ZHNC―2型智能多路测量仪和北京市射线研究中心生产的RCM―2型氡连续监测仪，2000年初因仪器故障停测)虽未列入省属网点，就其观测环境和监测方式均为全国少有的几个跨断层、监测条件较好的土壤氡气观测点。 　　 早期的水位台网均以SW40―1型机械式水位仪开展监测，我省各省属水位观测台站上世纪80年代初均被列为全国水位基本观测点；1996年全国地下流体学科协调组组织全国观测资料评比时，将福清市地震办的龙田观测站纳入省局水化中心站，组成福州地下流体综合观测台，同样列入省局水化中心站的全国地下流体基本台，该井以响应潮汐变化著称，日潮差列全国之最；永安井属我国南方少数千米井深的地震监测专用井；南靖汤坑群孔水位观测网点也属我国极少几个跨断层地震监测专用井群之一。 　　 1997年初，福州市地震局在福清市地震办龙田水位观测站将原来的SW40―1型机械式水位仪更换为国家地震局分析预报中心申春生同志研制的DSF型流体综合数字遥测系统开展水位监测，该系统于日通过省局验收。在一年多较为稳定的观测情况下，省局和福州、三明两市地震局于1998年11月在福州市平潭北雾里井(该井系将原来的SW40―1型机械式水位仪更换为DSF型流体综合数字遥测系统)，闽清县的梅埔井(该井也系将原来的SW40―1型机械式水位仪更换为DSF型流体综合数字遥测系统，该水点属地方台网，但属省局95―01―02课题水口项目水位监测点)，三明市尤溪县的喑坑井(该井系新建水点，该水点属地方台网，但属省局95―01―02课题水口项目水位监测点)安装了该系统，试观测期间运行情况不佳，3台观测系统均告停测。国家地震局分析预报中心鄂秀满、申春生等同志先后于1999年7月和12月两次到上述3个水点维修该系统，但该系统运行仍不是很正常。在闽清县梅埔井安装的该系统于日通过省局验收。 　　 近年来，省局和有关地市地震局进一步开展了地下流体数字化观测的应用工作探索，水化中心站由曾飞同志主持在省局机关大院原宿舍区温泉用水井――华林1号井用SW40―1型机械式水位仪于日开展了试观测，日对该井开展了水氡、PH、HCO3-、CO32-、F-、水电导、Cl-、可溶性SiO2测试，4月底对该井进行水温梯度实验。根据省局监测处的安排，建材设计院钻机队于5月18日开始对华林1号井进行清孔，后发现50米变径处有滞留小口径套管，因而停止清孔；7月21日省第二水文队钻机队开始在华林1号井东侧约0.7米左右，重开一口井深171米的中深井(后称华林2号井)。9月30日完钻。10月31日LN―3型数字式水位仪在华林2号井开始试测，日，华林2号井通过省局验收。1999年7月，泉州市地震局晋江市地震办在其大院钻一口100米左右的专用井，用于地震地下流体数字化综合观测，由于SW40―1型水位仪试测效果不佳，2000年4月省局水化中心站到晋江对该井进行用SZW―1A型数字式水温仪进行试测，效果不错(不受抽水影响)。泉州市地震局惠安县地震办于2000年9月在该县小学院内钻一口100多米专用井，用于地震地下流体数字化综合观测。泉州市地震局南安市地震办于2000年2月向省局提出在南安市罗东镇小罗溪温泉井建立地震前兆观测站，拟开展地震地下流体数字化综合观测。宁德市地震办于1998年9月在原4号泉附近钻一口61米多的专用井，用于地震地下流体数字化综合观测，该办由蔡作馨同志主持在该井采用SW40―1型水位仪、FD―125氡钍观测仪开展了“单井综合观测双循环系统”的实验研究，2000年3月通过省局组织的验收。该办又在上述研究的基础上，加上SD―3型自动测氡仪进行试测，水流循环范围也局限于观测层，进一步开展“采用循环法实现静水位水化单井综合观测”研究，该井于2000年7月开始正式用SW40―1型水位仪、FD―125氡钍观测仪开始观测水位、水氡。福州市地震局福清市地震办于2000年8月在江兜井(井深120米)进行扩孔改造(扩孔至58米，下套127毫米套管)，拟用于地震地下流体数字化综合观测。福州市地震局拟在新建的局大院内钻一口200米左右的专用井，用于地震地下流体数字化综合观测。近几年福清市地震办龙田、江兜水位观测站；平潭北雾里井；尤溪县的喑坑井都已改装LN―3型数字式水位仪进行地震地下水位观测。
　　3.2 福建省地震地下流体科学研究 　　 自福建省地震局创建以来，广大地震地下流体工作者凭着对人民、事业极端负责的敬业精神，在地下流体监测、科研、预报、工程实验、技术改造等诸多方面做出了大量且卓有成效的工作，涌现出一批在全国颇具影响力的科研成果。通过20多年的努力，省地震局地下流体工作者在水氡、水位、水质、气体等各类流体观测技术方面，全省地球化学背景场的综合分析研究方面、观测资料分析处理方面、环境影响与干扰研究方面，流体监测与地震活动方面等等，做了大量深入细致的分析研究，发表了一大批科研论文与成果。如《地震水文地球化学前兆机理的清理和攻关总结》、《福建沿海水文地球化学特征及震兆标志》、《闽东南地区无震期水氡正常动态的变化》、《闽赣部份地下水位观测井对日台湾地震异常反映》、《研究深井水位动态信息，监测预报台湾地震》、《福建省水氡监测台网对台湾强震的前兆响应研究》等；由中国地震局出版的许多有影响力的专著引用了福建省地震局地下流体工作者研究的各种成果。如《水文地球化学预报地震的原理和方法》、《水文地球化学地震前兆观测与预报》、《地震地下水手册》、《中国地震地下水动态观测网》、《地震预报方法实用化研究文集(水位水化专辑)》、《地震地下水动态及其影响因素的分析》、《地震地下水动态观测》等。 　　 主要成果有：1984年12月，蔡诗凰同志主持的《江西永平爆破水文地球化学效应的研究》获国家地震局省部级科技进步三等奖；1995年12月，蔡诗凰、林家涛、庄光国等同志参加国家地震局清理攻关研究，分别获国家地震局清理攻关专项二等奖3项，三等奖2项；1988年12月，蔡诗凰同志主持的《水压致裂水文地球化学效应实验研究》获国家地震局省部级科技进步三等奖；1989年9月，蔡诗凰同志主持的《水压致裂水文地球化学效应实验研究》被纳入国家科委“科学技术研究成果公报”（1989年第9期）中；1989年12月，省局水化中心站《福州乌鸦嘴泉地震水文地球化学观测资料()》获国家地震局省部级科技进步二等奖；1991年3月，蔡诗凰同志与国内有关专家合作研究的《水文地球化学学科地震预报方法指南及实用软件系统》获国家地震局分析预报中心省局级科技进步一等奖；1992年11月，蔡诗凰同志主持的《水文地球化学地震监测预报研究》获国家地震局省部级科技进步一等奖；1994年6月，我局蔡诗凰同志的《水文地球化学地震监测预报研究》获国家科委国家级科技进步三等奖；1994年6月，蔡诗凰同志主持的《水文地球化学地震监测预报研究》被纳入国家科委“科学技术研究成果公报”（1994年第6期）中；1994年10月，省局水化中心站《福州乌鸦嘴泉地震水文地球化学观测资料()》获国家地震局省部级科技进步三等奖；1996年8月，庄光国同志撰写的《海潮、固体潮的迭加对深井水位动态的影响》被收入《中国科学技术文库》(No.1902416)等等。省局水化中心站水化学观测资料自1982年至1995年连续14年参加全国评比获优秀奖前三名。2000年5月，由省局水化中心站曾飞同志主持的《水氡观测资料应用多层次跟踪分析法在地震预报中的研究》中国地震局台站“三结合”课题被批准，资助研究经费5000元。 　　 郑小菁等利用福建省数字地下流体网对日印尼8.7级地震的映震能力进行了分析，发现福建数字地下流体台网对远处大震映震能力很好，由于当时未能进行标定，仅能就波形进行定性分析。 　　 刘序俨等在对日四川汶川8.0级大震的映震分析时，由于解决了井水位观测格值问题，从而对福建有关5口水井的井水位观测资料得到了对汶川大震所引起的体应变数值，并由体应变求出了汶川大震对福建5口水井所在地所产生的静水压力，该压力与固体潮应力相当。 　　 降水对井水位的变化会产生很大的影响，如何分析降水对井水位的影响。郑小菁等利用主成分分析方法对此进行了分析，从此，福建省地震局对井水位观测研究，由定性分析走向了定量分析，消除了阻碍地下流体动态变化作定量分析的瓶颈。开辟了地下流体与其他学科进行对比分析与综合分析的思路。 　　3.3 福建省地震地下流体前兆机理工程实验研究 　　 为了探索地震地下流体前兆机理，福建省地震局地下流体工作者开展了多次大规模模拟地震孕育、发生的爆破、井下爆破和水压致裂等地震地下流体前兆机理工程实验研究。从1975年至1978年由国家地震局科研处组织，福建省地震局承办，会同天津、河北、广东、浙江、江西省地震局办、中科院上海有机化学研究所、北京261厂、无锡县无线电厂、以及国家地震局地质研究所等10个单位，在江西永平铜矿于日、10月20日以及日开展了3次“爆破水文地球化学效应的研究”，其中日为千吨爆破。该工程实验研究开展了地震前兆水化学组分的模拟研究，探讨了爆破后形成的水化学效应以及它们与作用力、地质条件、水文地质条件、地球化学环境等的关系。在江西永平地表松动爆破研究的基础上，福建省地震局又于1982年12月开展了福建龙海紫泥井下爆破(分别在地下十几米深0.35吨爆炸量和地下30多米深0.65吨爆炸量的二次井下爆破)，这二次井下爆破的实验研究取得了比江西永平地表松动爆破更为明显的水文地球化学效应效果。为了探索地震孕育过程观测场对地震前兆的响应，用水压致裂技术模拟野外自然状态下应力逐渐积累过程，观测周围钻孔水中的物理、化学参数及土壤气体含量的变化，进而研究地震地下流体前兆机理。在国家地震局科技监测司的组织下，我局于1985年11月至12月间在福建南靖汤坑，会同国家地震局分析预报中心、国家地震局地质研究所、国家地震局兰州地震研究所、国家地震局地壳应力研究所、天津、山东省地震局以及地矿部物化探研究所和福建省煤田勘探公司等单位，开展了“水压致裂水文地球化学效应实验研究”。该项研究在汤坑地热区选择了7个钻孔和2个泉点，同时在压裂孔周围布设了若干条土壤气观测剖面，观测了20多个项目，它们是氡含量(采用7种不同仪器做了对比观测)；水中溶解气体H2、He、Hg、Ar、CO2、CH4；水质成分K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO24-、CO23-、HCO-3、Cl-、F-、可溶性SiO2；微量组分Sb、As以及pH值、Eh值、电导、水位、井下电流等。水压致裂实验给人们的最大启示是，试验证明，当地层受到某种足够大的附加应力后(地壳表层至少为35×105帕/厘米2)，人们可以观测到相应的水化学效应。这对我们开展的诸项水化学观测，从力学基础上给予了肯定的支持，同时对今后选择较灵敏的项目和灵敏的观测点都具有理论及实际的指导意义。 　　4福建省地震地下流体科学发展存在的问题 　　4.1 观测水点监测能力退化 　　 我省目前除少数几个观测点外，多数观测点不同程度受周边环境或人为因素的影响，国家流体基本观测台的福州乌鸦嘴泉、ZⅢ―6钻孔和漳州龙师1号井因处于市区内，受城市采水及工业排水影响；1996年2月，宁德4号泉断流停测，2000年7月恢复观测。模拟监测仪器均属上世纪70、80年代购置的，老化严重，目前处于淘汰更新阶段，省局水化中心站承担全省水质阳离子监测的WFX―1B型原子吸收分光光度计，福州ZⅢ―6钻孔温泉气体监测103型气相层析仪老损停测，我省从此损失了水质阳离子和温泉气体监测项目。我省流体台网布局不合理、监测项目结构有待进一步优化(如高精度水温监测，抗干扰强的井下大地微电流监测等项目我省均未开展)和监测设施整体水平相对落后等原因造成了我省各观测水点监测能力退化。
　　4.2 流体监测队伍建设有待加强 　　 由于上世纪70、80年代开始从事地下流体的老前辈陆续退离了工作岗位，新上岗的流体科技人员业务、技能生疏，对“观测规范”的了解熟悉不够，观测、记录、报送等各个环节监测工作执行得不够规范，部分监测单位疏于管理，对流体观测资料质量把关不严。我省地下流体观测资料质量下降，流体学科科研成果明显减少，在全国颇具影响力的科研、实验成果几乎难以寻觅，科研经费投入和培养、激励机制不足不同程度影响了流体学科拔尖人才的脱颖而出，流体学科监测、仪修、科研、预报、管理等各类拔尖人才短缺问题严重。 　　5福建省地震地下流体学科未来发展重点 　　5.1加强地下流体前兆理论的研究 　　5.1.1 地下流体异常产生的机理 　　目前已有的各种异常机理，实质上大都属于某种科学的假设。为此，仍然需要深入研究地下流体的前兆异常机理问题，提出能够解释实际观测到的异常变化的新理论，即研究中要力求理论与实际相结合。 　　5.1.2 地下流体动态变化与地壳结构活动的关系 　　地壳现代构造活动具有多种形式，一方面要研究在各种构造变形中地下流体的效应，另一方面，更要研究地下流体的动态变化对构造活动的作用和影响。 　　5.1.3 地下流体对岩石的化学腐蚀作用 　　地下流体是一种化学成分复杂的天然的气―液相物质，因此要研究流体对岩石的各种力学参数的影响，研究其使岩石结构破坏和强度下降等问题。 　　5.1.4 地下流体在孕震过程中的应力应变效应 　　在地壳的孕震层及其下层范围内存在地下流体。因此，研究地壳前部和孕震层的地下流体在震源岩体变形破裂过程中所起的作用，以及研究地下流体的应力应变效应，成为地下流体前兆理论探索中的核心问题。 　　5.2开展多测项和多学科的综合研究 　　震源应力场、区域应力场以及其他环境因素的综合作用，是地下流体的各种测项以及其他多种手段的前兆异常产生的共同原因。水位、水化及地热的前兆异常之间，流体与其他手段的前兆异常之间，存在着内在的成因联系。因此我们需要开展水位、水化及地热的前兆异常的成因关系研究和流体与形变、地电、地应力、重力等前兆异常的成因关系研究。 　　5.3加强地下流体监测台网的建设 　　5.3.1 流体井网布局以优化为主，注意控制台网的整体规模 　　 台网调整优化以提高现有台网监测能力，特别是提高短临预报效能为目标，改造坚持注重投资效益的原则；积极配合中国地震局台站分级管理制度的改革，在台网优化调整中，注意培植地区中心台成为台站分级管理的骨干台站，优化台网效能的发挥；注意适当补充台网在湄州湾、闽西北地震活动频繁地区流体监测水点建设；有规划地鼓励、指导有条件的地方地震局办争取地方财政投入，参与我省流体台网的调优改造工作，逐步完善流体井网的合理布局，使台网监测能够为我省特别是闽东南地区的防震减灾服务，为国民经济建设保驾护航。 　　5.3.2 提高现有骨干台站的综合化水平 　　 综合观测应以获取多测项的震兆信息，提高异常的可信度和综合监测预报效能，提高地震预报的准确度，有利于地震预报的综合决策和地震预报科学的深入研究；推进台网的综合管理、信息交流与传递，避免重复观测，最大限度地提高投入产出比，达到优质高效的产出观测资料；推进台网的调整优化及观测技术的配套，提高台网的综合监测能力为目的。骨干台站的单井综合观测应包括水位、流量、水化、地下气体和地热等5种以上测项。但综合观测应因地制宜，不能生搬硬套，关键是体现水文地球物理、化学动态监测的综合性。 　　5.3.3 福建省地下流体台网测项的发展方案 　　 加强高精度水温、流量观测，从近年来省局水化中心站在福州、泉州两地市对受抽水影响的井孔进行高精度水温观测情况看，高精度水温观测效果优于水位观测。这几年国内外地震监测研究学者们认为：流量动态中信息量丰富，它可能也是地下流体诸多前兆的信息源；我省永春水化观测点的流量变化在一定程度上对应台湾强震有效应。加强气体动态观测，进一步开展地下气体组分的观测；多年观测资料表明：气体组分(地下水中溶解气、逸出气和断层土壤气)能灵敏地反映地壳介质温度和压力条件的变化；据蔡诗凰同志研究，福州ZⅢ―6钻孔温泉的H2气体对应台湾强震有一定的效应。中国地震局地震地下流体学科组近年来对H2、He、CO2等气体观测开展了大量卓有成效的研究，并研制了相应的数字化监测仪器。加强抗干扰监测仪器的试观测实验工作。目前中国地震局地震地下流体学科组拟在福建实验井下大地微电流数字化监测仪的观测实验工作，该仪器具有不受地下水变化的影响，有一定的抗干扰性能。 　　 　　参考文献： 　　 [1] 中国地震局监测预报司.强地震短期前兆异常的物理解释[M].北京:地震出版社, 2004. 　　 [2] 中国地震局监测预报司.地下流体地震预报方法[M]. 北京:地震出版社,1997. 　　 [3] 中国地震局监测预报司.地震地下流体理论基础与观测技术[M]. 北京:地震出版社,2007. 　　 [4] 刘耀伟,陈华静,车用太,等.我国地震地下流体观测研究40年发展与展望[J].国际地震动态,-12. 　　 [5] 陈大庆,刘耀伟,等.我国在井含水层系统对地震波同震响应方面的研究进展[J].国际地震动态, -12, 27-31. 　　 [6] 晏锐,黄辅琼,顾瑾平,等.中国大陆7级强震前地下流体前兆时空特征[J].地震,6-131. 　　 [7] 简春林.中国大陆地震地下流体异常特征研究[J]. 地震, ):42-49. 　　 [8] 张清秀,陈小云,陈莹,等. 福建省数字化水位、水温资料的远场效应研究[J].华北地震科学,-53. 　　 　　 课题组成员： 　　 1、郑小菁，福建省地震学会秘书长，高级工程师。 　　 2、林思诚，福建省地震局，研究员。 　　3、刘序俨，福建省地震局，研究员。 　　4、王林，福建省地震学会，秘书。 　　5、陈莹，福建省地震局，工程师。`
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