新疆地区地震后的同震响应及其特征

新疆地区地震后的同震响应及其特征

远震是区域地壳结构运动的结果。地壳中的流体在地震孕育过程中,作为传递、转换、接受异常信息的载体起着非常重要的作用。因此,地下流体异常可能反映了井-泉含水层系统受区域构造应力的影响而产生的变化。相关学者对大气压力加载、地球潮汐以及地震波传导引起的井孔水位以及水温的响应做了大量的研究工作。本文中将新疆地下流体水位、水温资料对2011年3月11日本9.0级和2011年4月11日苏门答腊8.6地震的同震以及震后效应的形态和特征进行了分析总结。1新疆地区地下流体异常表观新疆地下流体观测网的分布以乌鲁木齐地区为重点,南、北天山各呈一线分布(图1)。观测点主要分布在天山山前地震断裂带以及凹陷带附近,通过观测温泉、泥火山、石油探井等的变化来捕捉地震地下流体异常。目前,纳入日常会商的水化学观测点有8个,水动态观测点有15个。水位、水温采用数字化观测仪器,采样周期为1分钟,水位分辨率为1mm,水温的分辨率为0.0001℃。根据新疆地区地下流体多年观测资料分析,地下流体变化形态大致可分为3种类型:缓变型、年变型和趋势变化型。新04井水温属于缓慢上升型,新30井水位和新04井水位属于夏高冬低年变型,新30号井水温属于趋势上升型变化。这4口观测井水位动态不受降水干扰,其中新04井和新30井的水位可以记录到较为清晰的固体潮汐变化,有明显的气压效应(表1)。2震后同震响应日本9.0级地震是日本历史记载以来最强的一次地震,在9.0级地震后,新疆的多个观测井的水位和水温具有明显的同震响应和震后效应(表2)。各观测井水位和水温记录到的日本9.0级地震同震响应如图2所示。由图2可知,各观测井水位对日本9.0级地震同震响应变化:(1)新04井水位在震后约13分钟阶降69mm。17日每日变化幅度基本恢复到震前的水平,震后变化形态为阶降—加速上升—小幅波动—恢复正常日变。(2)新21泉动水位在震后约25分钟加速上升180mm,震后变化形态为阶升—加速上升—恢复正常日变,水位测值震后一直未恢复到震前的高度。(3)新30井水位在震后11分钟记录到了较为清晰的水震波,最大振幅达到153mm,在震荡中水位出现了上升变化,累积上升110mm,震荡变化持续到12日11时,直至17日水位才恢复基本日变形态,震后变化形态为震荡—阶升—恢复正常日变形态。对于日本9.0级地震,新疆各观测井水位同震响应主要表现为下降变化,其中新30井水位记录到了较为明显的水震波。由于观测井基本都处在断裂带附近,因此可能与井孔所处构造位置以及水文地质条件的差异有关。新21泉、新04井的水位资料同震响应出现的时间相对较为滞后,在震后都基本恢复到了震前的日变形态,可能反映了这次地震引起的井-含水层系统的变化。各观测井水温对日本9.0级地震同震响应变化:(1)新21泉水温在震后29分钟后开始加速下降变化,下降至16日速率明显变缓,累计下降幅度0.21℃,震后变化形态为阶降—快速下降—恢复正常日变形态。(2)新30井水温在震后11分钟开始加速上升变化,上升变化持续到17日趋于平缓,累积上升幅度达到0.02℃,震后变化形态为阶升—快速上升—恢复日变形态,震后水温一直未恢复到震前水平。(3)新33井700m水温在震后16分钟后出现了阶降变化,最大阶降幅度为0.069℃,震后变化形态为阶降—回返至背景值,14日水温资料恢复至背景值附近变化。对于日本9.0级地震同震响应,新疆各观测井水温同震响应以阶变为主。水温的同震响应变化是以水位的同震响应变化为前提的,断层附近井孔中的水体受到地震波的激发后出现加速对流或渗透,从而影响井孔内原有的水温梯度,因此出现明显的阶变。水温的同震响应变化还与震级、井震距、水温梯度、探头放置位置等因素有关。3新疆地下流体观测点水温资料对震后同震响应的影响苏门答腊北部海域8.6级地震发生后,新疆多个流体观测点水位、水温出现较为明显的同震响应(表3)。由图3可知,新疆地下流体观测点水位资料对于苏门答腊北部海域8.6级地震的同震响应主要表现:(1)新04井水位在震后7分钟出现阶降变化,之后记录到了清晰的水震波,最大震荡幅度达到25mm,之后水位逐渐回升,12日19时水位基本恢复了震前的日变形态,震后变化为阶降—震荡—缓慢回升—恢复日变形态。(2)新21泉水位在震后12分钟出现了阶升变化,之后水位开始快速上升,累积上升幅度达到33mm,震后变化形态为阶升—快速上升—恢复日变形态,震后水位未恢复到背景值。(3)新30井水位在震后12分钟出现阶升变化,之后清晰地记录到了水震波,最大振荡幅度达到了107mm,之后水位直到12日11时逐渐恢复到了震前的日变形态,震后水位变化形态为阶升—震荡—恢复基本日变形态,震后水位短期内未恢复到背景值。新疆地下流体观测点水温资料对于苏门答腊北部海域8.6级地震的同震响应主要表现:(1)新30井水温在震后12分钟出现了阶降变化,温度累计降幅达到0.0003℃,之后水温在12日恢复了震前趋势性上升变化,震后变化形态为阶跃下降型变化。(2)新33井700m水温在震后25分钟后出现了阶升变化,温度阶变幅度为0.003℃,震后变化形态阶升—阶降—恢复背景形态,阶变后水温恢复到背景值附近波动。对于苏门答腊北部海域8.6级地震,新疆地下流体观测井水位同震响应以阶变为主,其中温泉新30井水位除了出现阶变还记录到了较为清晰的水震波。水位同震响应变化下降的比例大于上升的比例,下降的幅度与震级和井震距有关。对于苏门答腊北部海域8.6级地震,新疆地下流体观测井水温同震响应变化较少,幅度较小,可能与该次远震的震级以及井震距有一定的关系。4同震响应的变化、水体有(1)通过新疆地下流体监测点的水位、水温资料对两次远场强震的同震响应特征来看,这几个观测井均能够较为清晰地反映远场强震引起的井-泉含水层系统的变化,尤其是呼图壁新21泉和新04井对远场强震的响应更为明显。(2)水位的同震响应变化的特点主要受区域构造地质环境以及局部水文地质条件的制约,同一口井的同震响应变化形态基本一致。如新04井水位两次地震的同震响应都表现为阶降变化,新30井水位两次地震的同震响应都表现为阶降后的震荡变化。(3)水温的同震响应可能与水位的同震响应有一定联系,同时还受震级、井震距、水温梯度、探头放置位置等影响。如对于日本9.0级地震新疆地区各观测点水温的同震响应阶变都是在水位的同震响应变化后出现的。(4)新疆流体资料在日本9.0级地震和苏门答腊北部海域8.6级地震之后都出现了较为明显的同震响应。由于水位、水温的同震响应变化反映的是含水层系统的受力状态,因此当含水层受到地震波激发后,含水层系统