黑龙江省地震前兆地下流体观测情况研究

黑龙江省地震前兆地下流体观测情况研究
黑龙江省地下流体观测网主要是观测地下水的水位、水温物理量的变化和地下水中氡、汞、氦等化学元素的变化为手段，利用这些变化因素，来判断区域场的应力活动和构造活动，应力场的活动变化是地震前兆信息捕捉的关键因素。

标签：地下流体；水位；水温；应力场
前言
黑龙江省地下流体观测网共有观测台站21个，分布在全省的21个市、县、区。

观测项目主要为水位、水温、氡、汞、氦。

地下流体台网观测项目包括数字化水位、数字化水温、模拟水氡、数字化气氡、数字化气汞、数字化氦气及辅助观测项目数字化气压、气温、降雨量。

地下流体台网共有台站21个，测项45个，其中水位测项台站15个（动水位2个、静水位13个），水温测项台站17个，氡测项台站8个（6个模拟水氡、2个数字化气氡），汞测项台站1个，氦测项台站3个。

流体观测测点主要布设在我省内的嫩江平原及其周边区域。

1 地下流体观测站基本情况
黑龙江省流体观测点均建有观测井房，观测井在室内，观测井只做观测用，安全可靠。

供电线路单独接入观测室，观测室采用220V大功率在线式UPS供电，只为观测仪器和观测系统供电，与生活用电分开，互不干扰，UPS具有稳压作用，而且后备时间长，停电后能保证观测仪器长时间不断电。

观测点通讯采用光纤及宽带两种通讯方式，通讯电缆埋地，不受外界干扰，避免雨季雷电影响；观测数据由台站、台网中心两级存储，直属台站存储前兆原始数据，每周下载一次，省局前兆台网中心存储原始数据及预处理数据，省局台网中心备有后备服务器，每天对主服务器的观测数据进行二次备份，节点有服务器的台站，每周下载一次原始数据，对数据库进行一次全备份；节点台站采用高性能、大容量服务器，数据存储时间长。

2 水位观测情况
黑龙江省地震局水位观测项目共有15个观测站点，均为“十五”新建、改建项目，其中五大连池为“九五”改造建设的数字化观测台站，黑河、孙吴、鹤岗、绥化、绥化北林、通河、延寿、林甸为“十五”新建数字化观测站点，甘南、泰来、富裕、嫩江、密山、肇东原来为模拟观测，采用SW-40水位仪，经“十五”数字化项目改造，全部更新为数字化。

其中林甸、富裕为动水位，林甸为自流井，富裕观测井压，其它均为静水位。

黑龙江省地下流体观测网水位观测站点全部为有人值守。

地下流体数字化改造是在原有地下流体模拟观测手段的基础上，对模拟观测进一步改造，通过十五项目安装设备，以观测项目和硬件设备为基础，利用成熟的网络通讯技术完成数据的传送，LN-3A仪器产出数据动态规律清晰，动态稳定性：一阶差分值的标准差不大于0.2，观测精度，M2观测精度不大于20%；
可以看出数据的可信度是非常高的，但也存在着很多问题不容忽视，水位仪基本上每个月基本存在缺数现象，仪器自身出现故障造成整点值缺数，然后还能自动调节恢复；二是水位仪数据有突跳现象，由于单点突跳不能确定为异常，经请教专家指点确认与仪器和井内部原因有关；三是受外界因素影响。

分析原因大多是由于停电、UPS电源未能正常启动或者省局服务器故障有关。

3 地热观测概况
黑龙江省地震局流体观测共有水温观测站18个，16个“十五”项目，其中黑河、孙吴、鹤岗、绥化、绥化北林、通河、延寿、林甸、甘南、泰来、富裕、嫩江、密山、肇东、五大连池、肇源为“十五”新建数字化观测站点，一个升级改造项目，原为五大连池“九五”水温观测，该仪器运行多年，严重老化，遭雷击后无法修复，改造升级为“十五”观测仪器，五大连池两套水温仪传感器投放深度不同；一个是企业自建，大庆水温观测是油田自建项目，采用符合标准的入网仪器，并入黑龙江省流体水温观测网。

黑龙江省流体水温观测站点全部为有人值守，观测仪器统一采用SZW-1A型数字式温度计。

通过对模拟观测进一步改造，十五项目安装设备，以观测项目和硬件设备为基础，利用成熟的网络通讯技术完成数据的传送，2007年6月SZW-1A型数字式温度计正式运行。

SZW-1A型仪器产出数据动态规律清晰，动态稳定性，水温仪探头安装深度105米，动态规律清晰，动态稳定性一阶差分值的标准差小于0.02，内在质量一阶差分序列超过3倍均方差的百分比小于1%。

4 氡观测概况
黑龍江省地震局流体观测网共有氡观测站点8个，其中模拟水氡观测站点6个，观测仪器为FD-105K；数字化观测站点2个，观测仪器为“十五”期间安装的SD-3A数字化气氡仪。

五大连池、望奎为数字化气氡观测台站，牡丹江、绥化、宾县、肇东、鸡东、望奎为模拟水氡观测台站，望奎、鸡东为观测泉，其它为观测井。

5 汞观测概况
黑龙江省地震局流体观测共有汞观测站1个，为气汞观测，五大连池观测站是“十五”观测项目，观测仪器采用RG-BQZ型智能数字测汞仪。

五大连池RG-BQZ数字测汞仪于2007年1月架设，2007年5月观测数据正式入库，仪器运行状态良好，工作稳定，受仪器生产厂家委托，经过专业培训，仪器由黑龙江局自主架设，仪器安装完毕工作正常。

由于UPS电源出现故障，无法正常供电，导致仪器无法正常工作，仪器出现内部故障，经台站检修无法恢复正常工作，2010年8月17日返厂维修，9月13日仪器返回，安装后正常工作。

由于没有标定设备，五大连池气汞未进行标定。

6 改进建议和措施
黑龙江省地震局地下流体学科台网布局不合理，东部和南部地区流体观测项
目较少，尤其是化学测项，东部和南部就更少；地下水开采将是流体学科的主要影响因素，尤其深层地下水开采对流体观测的影响亦越来越明显，目前黑龙江省受地下水开采影响的台站还很少，观测环境达到优秀的台站很多；模拟观测仪器存在服役时间长、老化、无配件等问题；数字化观测仪器故障率较高，仪器维修周期过长，数据质量及资料应用一般。

在黑龙江东部和南部地区适当增加流体观测项目。

在模拟观测仪器运行的观测站适当更新相应测项数字化观测仪器。

“十五”项目运行中的部分数字化观测仪器，例如LN-3A水位仪故障较多，建议补充备用设备或者进行更新。

7 地下流体观测的意义
通过对地下流体的物理及化学量变化的观测与研究，分析其与地壳应力场变化引起含水层的孔隙压力发生变化的对应关系。

无论是哪种类型的力学作用如构造应力、引潮力和大气压等，都可能会造成含水层介质的应变，从而引起所观测的地下流体的变化。

影响地下流体变化的因素包含了构造应力及非构造应力等影响因素，非构造应力因素经过理论值与观测数据的推算扣除，而剩余的构造应力因素是造成岩石体积的应变的主要原因，从而使井口孔隙水压发生变化，进而反映在含水层地下水的变动。

所以去除非构造因素对井水位观测的影响，对于正确识别由于构造因素造成的水位变化异常具有及其重要意义，震前的一个长期地应力积累过程，地震短临时地应力会发生明显的异常，因此地震预报应着重从力学机理分析水位的动态变化，从而捕捉与地震前兆有关的信息[2]。

参考文献
[1]刘耀炜，范世宏，曹玲玲.地下流体中短期异常与地震活动性指标[J].地震，1999，19（1）：19-25.
[2]石伟，刘爱华，张立忱，等.多元线性回归在密山井水位影响因素分析的应用[J].应用科技，2004，1：294.
作者简介：张天雷（1981，6-），男，硕士研究生，工程师，黑龙江省地震局，主要从事地下流体研究工作。