The anomaly characteristics of well water temperature in Yushu seismic station before the 2021 Maduo MS7.4 earthquake
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关键词:
- 2021年玛多MS7.4地震 /
- 水温 /
- 异常特征 /
- 地震前兆 /
- 玉树地震台
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2021年5月22日青海果洛州玛多县发生MS7.4地震，震中位于（34.59°N，98.34°E），其震源机制解显示该地震为高倾角走滑型（张喆，许立生，2021）。玛多地震的发震构造为昆仑山口—江错断裂，是东昆仑断裂的一条分支断裂（王未来等，2021）。玉树地震台位于甘孜—玉树断裂附近。玛多地震震中和玉树地震台均位于巴颜喀拉次级地块内，玉树地震台位于巴颜喀拉地块的南边界。此次地震震中处于玉树地震台的NE方向，距巴颜喀拉地块北边界85 km （图1）。
玛多地震前玉树地震台井水温呈现异常变化。2021年3月15日9时玉树地震台井水温出现突降，截止到16日0时，最大降幅约0.002 6 ℃，之后水温逐步回返恢复，总体呈不规则的“V”型变化（图2）。2021年5月22日青海果洛州玛多县发生MS7.4地震，异常测项距震中220 km。
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图 2 2021年玛多MS7.4地震前玉树地震台井水温整点值观测曲线Figure 2. The observation curve of hourly well water temperature in Yushu seismic station before the 2021 Maduo MS7.4 earthquake玉树地震台水温观测井深105 m，井内套管下设深度100 m，水温观测仪器为SWY- Ⅰ 型数字水温仪，传感器到井口的距离为12.168 m，井孔岩芯为中生代侏罗纪浅成花岗岩。自2007年6月开始观测，数据稳定连续，高频波动明显，2012年至2013年间断性仪器故障，存在长时间的数据缺失（图3）。2017年11月仪器改造，更换为SZW- Ⅱ 型水温仪，数据连续稳定（图4）。
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图 3 2007—2017年玉树地震台井水温整点值观测曲线Figure 3. The observation curves of hourly well water temperature in Yushu seismic station from 2007 to 2017![]()
图 4 2018年以来玉树地震台井水温整点值观测曲线Figure 4. The observation curve of hourly well water temperature in Yushu seismic station since 20182021年3月15日玉树地震台井水温出现异常变化后观测人员进行现场异常核实。现场调查可知：仪器工作状态正常，附近无施工和灌溉抽水情况，基本排除了人类活动和自然环境造成的干扰（孙小龙等，2020）。对观测井和距观测井20 m的饮用泉进行取样，与2018年的取样结果进行对比分析，结果（表1）显示：两次采样结果均在“未成熟水”范围内，水化学类型均属HCO3-Ca型（张磊等，2019）；2021年饮用泉的
${\rm{HCO}}_3^{-} $ 浓度较2018年显著增大，考虑其水体溶解的CO2含量增加，可能指示区域存在断裂活动的迹象（康来迅等，1999）。表 1 2018年与2021年玉树地震台水样结果对比Table 1. Comparison of water sample results in Yushu seismic station in the year 2018 and 2021样品编号 各组分浓度/（mg·L−1） Ca2+ Mg2+ Na+ K+ HCO3− ${\rm{SO} }_4^{2 - }$ Cl− 2021年观测井 51.31 22.9 23.09 4.52 354.1 33.71 2.15 2021年饮用泉 72.88 27.16 22.07 4.51 423.1 39.48 2.45 2018年观测井 67.16 24.25 26.56 9.91 346 45.56 9.95 2018年饮用泉 75.29 23.68 22.84 10.07 340.5 49.9 9.73 玉树地震台井水温测项自2007年观测以来，一共出现7次异常，异常对应率为100%，对应于M5.0以上地震（图3，4），一般在异常出现后3个月内发震，地震分散在青藏高原内部（何案华等，2012；王博等，2016；杨晓霞等，2016）。为获得更为明确的时空强指示信息，以本次“突降—缓慢上升”的异常形态对震例进一步梳理，结果列于表2，可见：震例指示异常开始的三个月内青藏高原巴颜喀拉地块边界及其附近的M7.0以上地震（图5）（芦山MS7.0地震发生在观测数据断记期间，故未统计在内）。异常指标通过预报效能检验的R值评分为R＝0.61，R0＝0.45 （张国民等，2002）。因此在井水温异常上升恢复的过程中发生于2021年3月19日的西藏那曲MS6.1地震经研判认为非目标地震，异常仍需跟踪，而2021年5月22日玛多MS7.4满足异常所指示的时空强三要素特征。
表 2 玉树地震台井水温震例统计Table 2. Earthquake case statistics of water temperature in Yushu seismic station序号 异常起始时间 异常形态 异常幅度/℃ 持续时间/d 井震距km 对应地震 1 2008-03-15 突降—上升 0.022 18 643 2008年3月21日于田MS7.3，2008年5月12日汶川MS8.0 2 2010-01-19 突降—上升 0.029 24 46 2010年4月14日青海玉树MS7.1 3 2021-03-15 突降—上升 0.002 6 36 20 2021年5月22日玛多MS7.4 ![]()
图 5 玉树地震台对应于三次大地震的井水温异常整点值曲线Figure 5. The anomalous hourly value curve of well water temperature in Yushu seismic station corresponding to the three major earthquakes在地震孕育过程中，区域应力应变状态发生改变，在应力加载作用下，含水层岩体变形、相应的孔隙压力发生变化，导致井-含水层系统的水动力条件改变，进而引起井水微温度场发生改变（车用太等，1996；鱼金子等，1997；孙小龙，刘耀炜，2006）。玛多MS7.4为左旋走滑型地震，玉树地震台井水温测项位于其主动盘一侧，在孕震后期临近发震时，应力加载作用显著增强，可能造成水温测项所在区域的短期应力加载，微破裂大量发育，使不同含水层的地下水串通混合，进而水温快速下降，之后井-含水层系统趋于稳定，水温缓慢上升恢复。
综合异常核实和震例梳理结果显示，此次玉树地震台井水温异常信度较高，从时空强三要素较好地对应于2021年5月22日玛多MS7.4地震。通过对水温前兆异常的可能机理探讨分析，玉树地震台作为巴颜喀拉地块上地球物理场观测的构造敏感点，其井水温的异常变化对该地块上的地震孕震过程具有较好的短期指示意义，在未来震情跟踪过程中应予以重点关注。
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图 2 2021年玛多MS7.4地震前玉树地震台井水温整点值观测曲线
Figure 2. The observation curve of hourly well water temperature in Yushu seismic station before the 2021 Maduo MS7.4 earthquake
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图 3 2007—2017年玉树地震台井水温整点值观测曲线
Figure 3. The observation curves of hourly well water temperature in Yushu seismic station from 2007 to 2017
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图 4 2018年以来玉树地震台井水温整点值观测曲线
Figure 4. The observation curve of hourly well water temperature in Yushu seismic station since 2018
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图 5 玉树地震台对应于三次大地震的井水温异常整点值曲线
Figure 5. The anomalous hourly value curve of well water temperature in Yushu seismic station corresponding to the three major earthquakes
表 1 2018年与2021年玉树地震台水样结果对比
Table 1 Comparison of water sample results in Yushu seismic station in the year 2018 and 2021
样品编号 各组分浓度/（mg·L−1） Ca2+ Mg2+ Na+ K+ HCO3− ${\rm{SO} }_4^{2 - }$ Cl− 2021年观测井 51.31 22.9 23.09 4.52 354.1 33.71 2.15 2021年饮用泉 72.88 27.16 22.07 4.51 423.1 39.48 2.45 2018年观测井 67.16 24.25 26.56 9.91 346 45.56 9.95 2018年饮用泉 75.29 23.68 22.84 10.07 340.5 49.9 9.73 
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表 2 玉树地震台井水温震例统计
Table 2 Earthquake case statistics of water temperature in Yushu seismic station
序号 异常起始时间 异常形态 异常幅度/℃ 持续时间/d 井震距km 对应地震 1 2008-03-15 突降—上升 0.022 18 643 2008年3月21日于田MS7.3，2008年5月12日汶川MS8.0 2 2010-01-19 突降—上升 0.029 24 46 2010年4月14日青海玉树MS7.1 3 2021-03-15 突降—上升 0.002 6 36 20 2021年5月22日玛多MS7.4
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车用太,鱼金子,刘春国. 1996. 我国地震地下水温度动态观测与研究[J]. 水文地质工程地质,(4):34–37. Che Y T,Yu J Z,Liu C G. 1996. Dynamic observation and study of groundwater temperature during earthquake in China[J]. Hydrogeology &Engineering Geology,(4):34–37 (in Chinese).
何案华,赵刚,刘成龙,范良龙. 2012. 青海玉树与德令哈地热观测井在汶川与玉树地震前的异常特征[J]. 地球物理学报,55(4):1261–1268. doi: 10.6038/j.issn.0001-5733.2012.04.021 He A H,Zhao G,Liu C L,Fan L L. 2012. The anomaly characteristics before Wenchuan earthquake and Yushu earthquake in Qinghai Yushu and Delingha geothermal observation wells[J]. Chinese Journal of Geophysics,55(4):1261–1268 (in Chinese).
康来迅,张新基,黄杏珍,李立武. 1999. 西秦岭北缘断裂带排气活动的比较研究[J]. 地震学报,21(6):657–664. doi: 10.3321/j.issn:0253-3782.1999.06.013 Kang L X,Zhang X J,Huang X Z,Li L W. 1999. A comparative study of exhaust activity in the northern margin fault zone of the west Qinling mountains[J]. Acta Seismologica Sinica,21(6):657–664 (in Chinese).
孙小龙,刘耀炜,付虹,晏锐. 2020. 我国地震地下流体学科分析预报研究进展回顾[J]. 地震研究,43(2):216–231. doi: 10.3969/j.issn.1000-0666.2020.02.003 Sun X L,Liu Y W,Fu H,Yan R. 2020. A review of study in the analysis and prediction of seismic subsurface fluids during past ten years in China[J]. Journal of Seismological Research,43(2):216–231 (in Chinese).
孙小龙,刘耀炜. 2006. 应力加载作用引起地下水微温度场变化的研究综述[J]. 国际地震动态,(7):17–26. doi: 10.3969/j.issn.0253-4975.2006.07.005 Sun X L,Liu Y W. 2006. Summaries of the micro temperature variations of underground water caused by loading stresses[J]. Recent Developments in World Seismology,(7):17–26 (in Chinese).
王博,马玉川,马玉虎. 2016. 玉树台井水温变化及其与青藏块体周缘大地震间的关系[J]. 中国地震,32(3):563–570. doi: 10.3969/j.issn.1001-4683.2016.03.014 Wang B,Ma Y C,Ma Y H. 2016. Variation of water temperature in the Yushu well and its correlation with the strong earthquake in the Qinghai-Tibetan block[J]. Earthquake Research in China,32(3):563–570 (in Chinese).
王未来,房立华,吴建平,屠泓为,陈立艺,来贵娟,张龙. 2021. 2021年青海玛多MS7.4地震序列精定位研究[J]. 中国科学:地球科学,51(7):1193–1202. doi: 10.1360/SSTe-2021-0149 Wang W L,Fang L H,Wu J P,Tu H W,Chen L Y,Lai G J,Zhang L. 2021. Aftershock sequence relocation of the 2021 MS7.4 Maduo earthquake,Qinghai,China[J]. Scientia Sinica Terrae,51(7):1193–1202 (in Chinese).
杨晓霞,王小玲,李玉丽,孙春玲,孙丽. 2016. 2016年青海门源MS6.4地震前地下流体异常特征分析[J]. 地震研究,39(增刊1):89–94. Yang X X,Wang X L,Li Y L,Sun C L,Sun L. 2016. Analysis on anomaly characteristics of underground fluid before Qinghai Menyuan MS6.4 earthquake in 2016[J]. Journal of Seismological Research,39(S1):89–94 (in Chinese).
鱼金子,车用太,刘五洲. 1997. 井水温度微动态形成的水动力学机制研究[J]. 地震,17(4):389–396. Yu J Z,Che Y T,Liu W Z. 1997. Preliminary study on hydrodynamic mechanism of microbehavior of water temperature in well[J]. Earthquake,17(4):389–396 (in Chinese).
张磊,刘耀炜,任宏微,柯云龙. 2019. 水化学分析方法在地下水异常核实中的应用[J]. 地震,39(1):29–38. doi: 10.3969/j.issn.1000-3274.2019.01.004 Zhang L,Liu Y W,Ren H W,Ke Y L. 2019. Application of hydrochemistry to the verification of groundwater anomalies[J]. Earthquake,39(1):29–38 (in Chinese).
张国民,刘杰,石耀霖. 2002. 年度地震预报能力的科学评价[J]. 地震学报,24(5):525–532. doi: 10.3321/j.issn:0253-3782.2002.05.010 Zhang G M,Liu J,Shi Y L. 2002. A scientific evaluation of annual earthquake prediction ability[J]. Acta Seismologica Sinica,15(5):550–558.
张喆,许力生. 2021. 2021年青海玛多MW7.5地震矩心矩张量解[J]. 地震学报,43(3):387–391. doi: 10.11939/jass.20210079 Zhang Z,Xu L S. 2021. The centroid moment tensor solution of the 2021 MW7.5 Maduo,Qinghai,earthquake[J]. Acta Seismologica Sinica,43(3):387–391 (in Chinese).
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期刊类型引用(14)
1. 朱玉娟，车濛琪，方震，朱厚林，吴婉楠. 安徽省流体观测井水温测项观测效能评价与分析. 科技资讯. 2024(16): 225-228 . 
百度学术
2. 何国龙，苏维刚，买振军. 基于多方法分析门源井水位巨幅异常变化及其机理. 煤炭工程. 2023(06): 119-122 . 百度学术
3. 郭雨帆，杜晓辉，董磊，汤兰荣，赵爱平，王甘娇. 基于张衡一号卫星监测的2021年青海玛多7.4级地震前电离层效应. 地震. 2023(02): 85-102 . 百度学术
4. 杜利峰，钟辉宗，王涛，李焱林. 青海玉树台井水位年变特征与固定干扰分析. 地震地磁观测与研究. 2023(S1): 166-168 . 百度学术
5. 刘磊，余怀忠，李霞，赵玉红，冯丽丽，张朋涛. 2021年以来青海3次强震前地下流体重点异常特征分析. 地震地磁观测与研究. 2023(S1): 234-236 . 百度学术
6. 刘磊，苏维刚，李霞，赵玉红，冯丽丽，张朋涛. 2022年1月8日门源M6.9地震前青海地区逸出气氡异常特征分析. 地震工程学报. 2022(02): 380-388 . 百度学术
7. 刘磊，高小其，苏维刚，赵玉红，李霞，冯丽丽. 2022年1月8日门源M_S6.9地震前青海地区地下流体群体异常特征. 地震学报. 2022(02): 245-249 . 本站查看
8. 芮雪莲，杨耀，官致君，杜方，薛乔文，龙锋，杨星，杨鹏. 四川理塘毛垭51泉水温在青藏高原东南缘中强地震前的异常特征及机理分析. 地震研究. 2022(02): 318-328 . 百度学术
9. 苏维刚，刘磊，孙玺皓. 玛多7.4级地震和门源6.9级地震前佐署地下流体异常特征分析. 地震工程学报. 2022(03): 700-706+712 . 百度学术
10. 冯丽丽，李霞，赵玉红，张朋涛. 2022年1月8日青海门源6.9级地震短临异常跟踪分析. 中国地震. 2022(01): 12-20 . 百度学术
11. 刘磊，苏维刚，赵玉红，李霞，冯丽丽. 2022年1月8日门源M_S 6.9地震前乐都逸出气氡异常特征分析. 地震地磁观测与研究. 2022(S1): 453-455 . 百度学术
12. 苏维刚，孙玺皓，刘磊. 2022年德令哈M_S 5.8、M_S 6.0地震前德令哈水温异常特征. 地震地磁观测与研究. 2022(S1): 456-459 . 百度学术
13. 董超，陈斌，袁洁浩，王振东，王粲. 2021年5月22日玛多M_S7.4地震震前岩石圈磁场变化特征分析. 地震学报. 2021(04): 453-462+533 . 本站查看
14. 钟骏，王博，周志华，晏锐. 2021年青海玛多M_S7.4地震前地下流体异常特征分析. 中国地震. 2021(03): 574-585 . 百度学术
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