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[摘 要]地下流体观测是地震监测预报的重要工作内容，通过分析地下流体观测井采集得地下流体数据变化，可以判断出地震前得一些特征，为地震监测和预报提供良好得支持。本文主要针对地下流体观测技术应用中，需要注意的一些问题进行探讨，以供参考。
[关键词]地下流体观测 地震监测 水文地质参数
中图分类号：P315.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）23-0130-01
1 引言
我国是世界上自然灾害种类最多、损失最严重的国家之一，由于地处欧亚大陆板块、太平洋板块和印度板块之间，在地质运动作用下，地震活动比较频繁，是全球最大的一个大陆浅源强震活动区。尤其是我国西南地区，位于印度洋板块与欧亚板块挤压和碰撞造成的地壳隆起地带，地壳的挤压和碰撞形成一个断裂带，使得西南地区易发生地震，而地震活动也更加剧了该断层结构的不稳定性。目前，对地震的准确预测还存在许多困难，地震前兆是地震预测研究的思路之一。地震活动发生前，岩体在地应力等作用下，会引起地磁、地电等地球物理异常和地下水位、水化学等异常。通过监测地下流体数据，分析数据变化特征，可以帮助判断地震产生的规律。在应用地下流体观测技术的时候，必须要注意一些问题，以提高数据的准确性。
2 地下流体观测的意义
1966年邢台宁晋7.2级地震发生后，我国开展了以水文地质学和水文地球化学为基础学科的地震地下流体观测研究。地震分析预报人员利用地下流体物理（水位、水温等）和化学（水氡、CO2等）指标的异常，对大陆发生的某些强震做出了较准的预测。据中国地震局有关部门统计，地下流体观测网为成功预测破坏性地震，提供的依据居测震之外的各类前兆学科之首。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變的主要原因，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。
3 应用地下流体观测技术需要注意的问题
3.1 地震地下流体观测井水文地质参数的确定
地震地下流体观测井成井之后，首先要进行现场抽水试验确定观测含水层的水文地质参数，以揭示含水岩层的性质，进一步研究地下流体的运动规律。地震地下流体观测井通常为单井，其揭露的观测含水层作为地下流体动态观测的对象，通常为承压含水层，因而需要利用单井抽水的试验资料确定水文地质参数。承压水单井稳定流抽水试验一般借助于Sicharde经验公式，结合Dupuit公式进行迭代反复验算求解，其理论依据不足，计算的参数K和R，误差较大。非稳定流抽水试验和微水试验，则避免了借助经验公式试算影响半径R的误差。微水试验不需要水泵等抽水装置，试验所需时间短，对含水层的扰动小，特别适用于野外简单条件下进行。微水试验具有多种试验方法和计算模型，适用于低到中高渗透性的含水介质。在上例地下流体观测井实践中，抽水井承压自流，需先确定其稳定静水位。在野外条件有限的情况下进行了微水试验，由于井孔为不完整井，采用 Hvorslev 方法确定含水层渗透系数。微水试验由于其影响范围小、试验时间短，求取的渗透系数仅代表了抽水井孔附近的含水层情况，在非均质含水层中具有局限性。需要注意的问题如下：
（1）地震地下流体观测井通常为单井，观测含水层通常为承压含水层，需要利用单井抽水试验资料确定水文地质参数。对于单井抽水试验，采用非稳定流水位恢复试验和微水试验方法确定含水层参数，能避免稳定流试验中经验公式试算影响半径R的误差。（2）根据湖北省武汉和黄梅地震地下流体观测井分别进行了非稳定流水位恢复试验和微水试验，参数求解过程中曲线拟合明确，表明观测数据与试验方法吻合较好，求得两处观测含水层的渗透系数K分别为8.22×10-3m/d和1.20×10-1m/d。（3）含水层渗透系数K受岩层的孔隙或裂隙的大小、多少、连通程度等影响，随含水介质状态的变化而改变，因此，可将渗透系数K的动态变化纳入地下流体的监测体系，以反映地质构造活动引起的含水岩层物理状态变化。
3.2 地震地下流体观测中异常变化的分析
在一次地震发生前往往出现各种异常变化，有的出现单一测项异常，也有的出现多测项异常。多数异常在地震前出现，个别异常在地震后出现。各观测资料异常形态与正常形态差异明显，变化幅度较大，易于识别，异常持续时间较长。（1）长春地区流体异常大都出现在短期或临震期。在源兆地震中异常的数量比较多，出现时间相对集中，种类比较丰富;场兆地震在震后对本地区个别观测项目有影响，主要表现为震后效应。（2）根据异常时间、数量、种类等指标可以对未来地震三要素作出综合判定。氢的异常出现和水中各种离子的突跳变化可以缩短发震时间的判定。（3）长春地区超过 1000m 的深井地下流体观测项目捕捉地震信息的能力很强 ， 对地震三要素的预报具有重要的参考价值。为进一步提高地震预报水平，应该加强保护本区地下流体观测井 ， 同时多布设深井观测点、增加地下流体观测项目。
3.3 注意对地下流体观测井进行改造加固改造
地下流体观测井同时受到地下水开采和大气降雨的严重影响，其数据稳定性差，多时段出现突升和突降变化，影响到观测资料的应用。观测井使用一阶段后，由于井壁老化等因素，采集的数据会受到外界多种因素的干扰，为了消除干扰因素的影响，提高观测数据质量，使观测数据更好的用于地震预告，必须要对其进行定期加固。（1）井孔清洗、清淤，可采用用钢丝刷法或喷管法对井壁进行清洗，并处理掉突起部位。对井底部进行清淤处理，拟尽可能的加大井的深度。（2）增加套管和滤水管。为避开 200 多米的同层干扰，可在原套管内下设合适孔径的套管，交接处用丝扣连接，并用钢板条进行加固，底部用钢板焊堵。下管结束后，在井管外合适位置填入砾石料，砾石料填入时采用动水填砾法，并视情况应用特殊复合材料填充。该复合材料以膨胀珍珠岩为骨料，以粉煤灰、水泥为胶凝材料，加入熟石灰、石膏等调节剂混合而成，具有良好的隔热阻水性能。
参考文献：
[1]车用太，鱼金子. 我国地震地下流体观测台网调整与优化方案探讨[J]. 地震学报，2015，02：357-367.
[2]杨昆，刘丽，王鹏，鲜述东，郭红霞. 盘锦地下流体观测在地震预报中的作用[J]. 防灾减灾学报，2015，03：36-41.
[3]车用太，鱼金子，朱成英. 关于地震地下水观测井建设的若干问题[J]. 内陆地震，2014，03：195-201.
[关键词]地下流体观测 地震监测 水文地质参数
中图分类号：P315.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）23-0130-01
1 引言
我国是世界上自然灾害种类最多、损失最严重的国家之一，由于地处欧亚大陆板块、太平洋板块和印度板块之间，在地质运动作用下，地震活动比较频繁，是全球最大的一个大陆浅源强震活动区。尤其是我国西南地区，位于印度洋板块与欧亚板块挤压和碰撞造成的地壳隆起地带，地壳的挤压和碰撞形成一个断裂带，使得西南地区易发生地震，而地震活动也更加剧了该断层结构的不稳定性。目前，对地震的准确预测还存在许多困难，地震前兆是地震预测研究的思路之一。地震活动发生前，岩体在地应力等作用下，会引起地磁、地电等地球物理异常和地下水位、水化学等异常。通过监测地下流体数据，分析数据变化特征，可以帮助判断地震产生的规律。在应用地下流体观测技术的时候，必须要注意一些问题，以提高数据的准确性。
2 地下流体观测的意义
1966年邢台宁晋7.2级地震发生后，我国开展了以水文地质学和水文地球化学为基础学科的地震地下流体观测研究。地震分析预报人员利用地下流体物理（水位、水温等）和化学（水氡、CO2等）指标的异常，对大陆发生的某些强震做出了较准的预测。据中国地震局有关部门统计，地下流体观测网为成功预测破坏性地震，提供的依据居测震之外的各类前兆学科之首。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變的主要原因，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。
3 应用地下流体观测技术需要注意的问题
3.1 地震地下流体观测井水文地质参数的确定
地震地下流体观测井成井之后，首先要进行现场抽水试验确定观测含水层的水文地质参数，以揭示含水岩层的性质，进一步研究地下流体的运动规律。地震地下流体观测井通常为单井，其揭露的观测含水层作为地下流体动态观测的对象，通常为承压含水层，因而需要利用单井抽水的试验资料确定水文地质参数。承压水单井稳定流抽水试验一般借助于Sicharde经验公式，结合Dupuit公式进行迭代反复验算求解，其理论依据不足，计算的参数K和R，误差较大。非稳定流抽水试验和微水试验，则避免了借助经验公式试算影响半径R的误差。微水试验不需要水泵等抽水装置，试验所需时间短，对含水层的扰动小，特别适用于野外简单条件下进行。微水试验具有多种试验方法和计算模型，适用于低到中高渗透性的含水介质。在上例地下流体观测井实践中，抽水井承压自流，需先确定其稳定静水位。在野外条件有限的情况下进行了微水试验，由于井孔为不完整井，采用 Hvorslev 方法确定含水层渗透系数。微水试验由于其影响范围小、试验时间短，求取的渗透系数仅代表了抽水井孔附近的含水层情况，在非均质含水层中具有局限性。需要注意的问题如下：
（1）地震地下流体观测井通常为单井，观测含水层通常为承压含水层，需要利用单井抽水试验资料确定水文地质参数。对于单井抽水试验，采用非稳定流水位恢复试验和微水试验方法确定含水层参数，能避免稳定流试验中经验公式试算影响半径R的误差。（2）根据湖北省武汉和黄梅地震地下流体观测井分别进行了非稳定流水位恢复试验和微水试验，参数求解过程中曲线拟合明确，表明观测数据与试验方法吻合较好，求得两处观测含水层的渗透系数K分别为8.22×10-3m/d和1.20×10-1m/d。（3）含水层渗透系数K受岩层的孔隙或裂隙的大小、多少、连通程度等影响，随含水介质状态的变化而改变，因此，可将渗透系数K的动态变化纳入地下流体的监测体系，以反映地质构造活动引起的含水岩层物理状态变化。
3.2 地震地下流体观测中异常变化的分析
在一次地震发生前往往出现各种异常变化，有的出现单一测项异常，也有的出现多测项异常。多数异常在地震前出现，个别异常在地震后出现。各观测资料异常形态与正常形态差异明显，变化幅度较大，易于识别，异常持续时间较长。（1）长春地区流体异常大都出现在短期或临震期。在源兆地震中异常的数量比较多，出现时间相对集中，种类比较丰富;场兆地震在震后对本地区个别观测项目有影响，主要表现为震后效应。（2）根据异常时间、数量、种类等指标可以对未来地震三要素作出综合判定。氢的异常出现和水中各种离子的突跳变化可以缩短发震时间的判定。（3）长春地区超过 1000m 的深井地下流体观测项目捕捉地震信息的能力很强 ， 对地震三要素的预报具有重要的参考价值。为进一步提高地震预报水平，应该加强保护本区地下流体观测井 ， 同时多布设深井观测点、增加地下流体观测项目。
3.3 注意对地下流体观测井进行改造加固改造
地下流体观测井同时受到地下水开采和大气降雨的严重影响，其数据稳定性差，多时段出现突升和突降变化，影响到观测资料的应用。观测井使用一阶段后，由于井壁老化等因素，采集的数据会受到外界多种因素的干扰，为了消除干扰因素的影响，提高观测数据质量，使观测数据更好的用于地震预告，必须要对其进行定期加固。（1）井孔清洗、清淤，可采用用钢丝刷法或喷管法对井壁进行清洗，并处理掉突起部位。对井底部进行清淤处理，拟尽可能的加大井的深度。（2）增加套管和滤水管。为避开 200 多米的同层干扰，可在原套管内下设合适孔径的套管，交接处用丝扣连接，并用钢板条进行加固，底部用钢板焊堵。下管结束后，在井管外合适位置填入砾石料，砾石料填入时采用动水填砾法，并视情况应用特殊复合材料填充。该复合材料以膨胀珍珠岩为骨料，以粉煤灰、水泥为胶凝材料，加入熟石灰、石膏等调节剂混合而成，具有良好的隔热阻水性能。
参考文献：
[1]车用太，鱼金子. 我国地震地下流体观测台网调整与优化方案探讨[J]. 地震学报，2015，02：357-367.
[2]杨昆，刘丽，王鹏，鲜述东，郭红霞. 盘锦地下流体观测在地震预报中的作用[J]. 防灾减灾学报，2015，03：36-41.
[3]车用太，鱼金子，朱成英. 关于地震地下水观测井建设的若干问题[J]. 内陆地震，2014，03：195-201.