云南思茅大寨井水位地震同震響應特征分析*

毛巍穎

(云南省地震局，云南 昆明 650224)

0 引言

井水位同震響應現象已引起眾多學者的關注(付虹等，2002；晏銳，黃輔瓊，2009；車用太等，2014；劉成龍等，2009；陳玲等，2009；胡小靜等，2016；張立等，2016)，國內外關于井水位的同震響應研究，也取得了很多成果。Elkhoury等(2006)認為，井水位同震響應主要有2種機制，即靜態應變和動態應變。靜態應變是指地震發生過程中斷層滑動產生的應變，其影響范圍較小，主要位于近場范圍(1～3倍斷層破裂尺度)；動態應變是地震波傳播引起的應變，它通過改變含水層介質參數來引起同震水位變化，動態應變的影響范圍較大(包括遠場范圍)。

針對我國大陸井水位觀測資料的研究也很多，如Zhang等(2016)利用遼寧阜新井研究了同震水位與體應變之間的關系；Lai等(2016)研究了四川瀘沽湖井水位的同震響應，認為滲透率變化是引起同震響應的主要原因；Liao等(2015)研究了汶川8.0級地震引起的四川江油井水位同震響應特征，認為大地震能打破隔水層是導致井水位同震大幅變化的主要原因。從以上研究可以看出，井水位的同震響應是復雜的，所以不同的研究提出了不同的機理。以往學者更多去研究同震響應特征和現象，對更深刻地認識水位的同震響應無疑是有益的。思茅大寨井是云南記錄同震響應最多的井，楊竹轉等(2005)對1990—2003年該井的階升現象進行研究，得到了一些有益的認識。2003年至今，該井附近又發生了多次5～6級地震，利用更長時間尺度的資料，對該井的同震響應現象進行進一步認識和研究，增加研究樣本，提高資料的可信度。

1 觀測井概況和資料選取

1.1 井孔觀測概況

云南思茅大寨井位于普洱市思茅區依象盆地中偏南部NW向的依象逆斷裂上，其井孔構造如圖1所示。該井于1984年1月開始水位觀測，動水位能記錄到井潮效應及水震波，最大潮差2 cm，水位受降水干擾較大，具有雨季高、旱季低的動態特征(圖2)。

1.2 資料的選取和分析方法

本文選取1988—2017年(20°～30°N，97°～105°E)范圍內M≥5.0地震共47個，其中5.0～5.9級38個，6.0～6.9級8個，7.0級以上級地震1個，以及大寨井附近200 km內的4.0～4.9級地震共93個，查找這些地震是否引起思茅大寨井的同震響應。在此基礎上，筆者重新對1988—2017年該井記錄的觀測曲線出現的所有階變進行了識別，對這些階升，在排除降雨干擾后，將其與云南M≥4.0地震、全國M≥6.0地震和全球M≥7.0地震的發震時間進行對比，用時間的相關性來確認地震的同震響應。

2 同震響應特征分析

2.1 同震響應特征

對1988—2017年思茅大寨井的水位資料進行全時段的分析，發現共出現同震響應的階升27次(表1)，思茅大寨井對部分地震的同震響應見圖3。

2.2 同震響應特征分析

從表1可知，思茅大寨井水位所有的同震響應均為階升，和楊竹轉等(2005)得到的結果完全一致。該井對4.0～4.9級地震有2次同震響應，震中距分別是30 km和4 km。1988—2017年，距離大寨井5 km范圍內共發生M≥3地震2次，其中1次有同震響應的是2014年景洪4.6級地震，1次無同震響應的是1988年思茅3.1級地震。目前的記錄表明思茅大寨井水位可能只對M≥4.0地震有同震響應。距離大寨井5 km范圍內的3～4級地震同震響應率較高，而擴展到10 km以上的3～4級地震基本沒有同震響應。

圖1 思茅大寨井井孔柱狀圖

Fig.1 The Geological profile map of Simao Dazhai Well

圖2 思茅大寨水位日均值曲線和月降雨量圖

Fig.2 The daily mean curve of water level of Simao Dazhai Station and monthly raining

圖3 思茅大寨井對部分地震同震響應圖

序號震級范圍發震日期地名震級震中與觀測井距離/km同震階變幅度/m同震階變特征14.0^4.92014-01-28云南景洪4.6300.099上升24.0^4.92014-02-05云南思茅4.240.069上升35.0^5.91990-01-27云南雙江5.01200.025上升45.0^5.91997-01-30云南景洪5.6600.121上升55.0^5.92014-12-06云南景谷5.8900.064上升66.0^6.91992-04-23中緬邊境6.7,6.82000.132上升76.0^6.91993-01-27云南普洱6.3230.234上升86.0^6.92000-01-15云南姚安6.53000.02上升96.0^6.92007-05-16老撾6.62400.034上升106.0^6.92007-06-03云南普洱6.4360.473上升116.0^6.92014-10-07云南景谷6.61000.289上升127.0^7.91988-11-06云南瀾滄—耿馬7.6,7.21700.571上升137.0^7.91991-01-05緬甸曼德勒7.65600.106上升147.0^7.91995-07-12云南孟連西7.32000.251上升157.0^7.91996-02-03云南麗江7.05100.091上升167.0^7.92003-09-22緬甸7.26900.099上升177.0^7.92011-03-24緬甸7.22600.258上升187.0^7.92012-11-11緬甸7.05100.063上升198.0^8.92001-11-14昆侖山口西8.11 8400.398上升208.0^8.92004-12-26印度尼西亞8.72 1800.365上升218.0^8.92005-03-29印度尼西亞8.52 3000.115上升228.0^8.92007-09-12印度尼西亞8.53 0000.165上升238.0^8.92008-05-12四川汶川8.09500.277上升248.0^8.92012-04-11印度尼西亞8.62 4300.07上升258.0^8.92015-04-25尼泊爾8.11 7800.139上升269.02011-03-11日本9.04 3000.023上升

大寨井水位只對3次5.0～5.9級地震出現了同震響應，其中包括2014年景谷6.6級地震的1次5.8級余震。出現同震響應的地震中震中距最遠為120 km，而120 km范圍內共發生5.0～5.9級地震14次，響應率僅為21%。

對于6.0～6.9級地震，大寨井水位有同震響應的地震震中距基本都在300 km范圍內，且200 km范圍內的地震響應幅度較大，但響應幅度與震級和震中距呈不完全線性相關。如：1993年和2007年的普洱6.3級和6.4級地震，震中距分別為23 km和36 km，后者的同震響應階變幅度是前者的2倍，而2014年景谷的6.6級地震距離大寨井100 km，同震響應階變幅度比1993年普洱6.3級地震高，似乎震級的因素更為重要。大寨井附近200 km內，對1988—2017年發生的4組6.0～6.9級地震都有同震響應，300 km范圍內的7組6.0～6.9級地震中，只對1989年5月7日耿馬6.3級地震沒有同震響應。300～500 km范圍內，云南還先后發生了1995年武定6.5級、1998年寧蒗6.2級、2001年永勝6.0級，2003年大姚6.2級和6.1級、2009年姚安6.0級、2014年盈江6.1級、魯甸6.5級地震等，研究表明，大寨井水位對震中距大于300 km的6.0～6.9級地震基本沒有同震響應，或響應很微弱。

大寨井水位對7.0～7.9級地震的響應范圍在700 km內，記錄到最遠的有同震響應的7.0～7.9級地震是2003年9月22日的緬甸7.2級地震，響應幅度最大的是距離大寨井最近的1988年瀾滄—耿馬7.6，7.2級地震。但同震響應的幅度與震級不是完全線性相關，如1995年孟連西7.3級地震震中距200 km，2011年的緬甸7.2級地震震中距260 km，緬甸7.2級地震震中距更大，但同震響應階變幅度卻更大。同樣的，距離大寨井510 km的1996年麗江7.0級和2012年的緬甸7.0級地震相比，震級相同，震中距更大的麗江地震的同震響應階變幅度更大?？傮w上，大寨井水位對300 km范圍內的地震響應幅度比300 km以上地震的大很多。

1988—2017年，大寨井水位同震響應最遠的地震是2011年3月11日的日本9.0級地震，震中距為4 300 km。其對2 000 km以內的8.0級地震和3 000 km內的8.5級地震都有響應，同樣的，同震階變幅度與震級和震中距不完全相關，如2005年3月印度尼西亞8.5級地震震中距2 300 km，同震階變幅度為0.115 m，2007年9月印度尼西亞8.5級地震震中距3 000 km，同震階變為0.165 m，震中距越大的同震階變幅度反而更大。

3 結論

研究地下流體同震響應是揭示地殼介質對應力-應變響應的最直接、有效的手段，其中，井水位的同震響應較為復雜，不同的研究對象得到的響應機理各不相同。本文選擇云南思茅大寨井30年的觀測數據，依照一定原則對觀測數據進行篩選、收集、分析，詳細研究不同震級、不同震中距的同震響應特征。利用更多的數據資料分析該井的同震響應現象，不僅可檢驗之前的研究結果，還可以提供更多的觀測事實，為減輕次生災害提供基礎依據。通過統計分析該井水位同震變化趨勢，主要得到以下結論：

(1)1988—2017年，大寨井水位對26次地震有同震響應，同震響應階變特征均為階變上升，且該同震響應模式不受震源機制、發震構造等因素影響。

(2)在大寨井水位26次同震上升階變中，階變上升幅度達10 cm以上的共有15次地震。其中1988年11月6日云南瀾滄—耿馬7.6，7.2級地震對思茅井水位產生的同震階變幅度為57.1 cm，是大寨井記錄到的最大同震階變。地震震中距越小，同震響應幅度也更大，但不完全是線性相關。

(3)大寨井水位對4級以上近震會出現明顯同震響應現象。對于震中距大于2 000 km，且小于3 000 km的8.5級以上特大地震或巨震都會有同震響應。

(4)大寨井水位對主震和強余震均可記錄到同震響應。

(5)震中距對大寨井水位同震響應有明顯影響。大寨井水位對云南地區甚至滇西南地區震中距大于30 km的4級以上地震一般不會出現同震響應，但對震中距30 km范圍內，特別是10 km范圍內的3.0～4.0級地震都可能出現同震響應。大寨井水位對滇西南地區部分5.0～5.9級地震有同震響應，但響應率相對較低，但對滇西南地區的6.0～6.9級地震響應較為顯著，階變幅度可達10 cm以上，100 km內的階變幅度均在20 cm以上。此外，大寨井水位對滇西南300 km內的6.0～6.9級地震也可能出現同震響應現象。

(6)可能引起大寨井水位出現同震響應的相應的震級所對應的震中距分別為：5.0～5.9級地震對應震中距120 km、6.0～6.9級地震對應震中距300 km、7.0～7.0級地震對應震中距600 km、8.0～8.9級地震對應震中距3 000 km。

本文在撰寫過程中，得到云南省地震局付虹研究員、崔慶谷博士的悉心指導，在此表示衷心感謝！