井孔水温前兆异常中,临震异常最为显著,因此,一般认为获取水温临震异常是预测地震发生时间的有效手段。从宁洱地震前40天开始,云南丽江、弥勒、大姚、峨山及景东井孔水温观测点相继记录到了明显的短临前兆异常。图2为这五个测点的水温日均值变化曲线(本文中的水温变化曲线均为日均值曲线)。

从图中可以看出,临震异常点水温多以上升型变化为主,持续时间一般为1个月左右。结合图1可以发现,此次地震的临震异常观测点丽江、弥渡、大姚、峨山和景东主要沿红河断裂带分布。从异常演化特征分析,距震中300～500 km的丽江、弥渡、大姚观测点的异常出现时间较景东、峨山早,而且表现为异常结束(丽江)或转折下降(弥渡和大姚)状态; 距震中200 km左右的景东和峨山观测点在宁洱地震发生前短临异常没有结束。从空间发展来看,异常具有从外围向震中迁移的特点。为了深入理解异常产生和演化的机理,下面我们对各异常观测点的构造环境及主要异常变化情况做一介绍。

(1)丽江观测站

距震中约500 km,地处红河断裂带北端、丽江—剑川断裂与中甸—大理断裂的复合交汇区。观测井完井深度159.58 m,套管深159 m,在95～159 m处射孔,含水层构造裂隙发育,为非自流井。目前井深130 m,水温探头放置于井下130 m处。 该井自1999年6月投入观测,对发生在距井孔200 km范围内4.5级以上地震的前兆反应较好,对应率较高,特别是在2000年1月15日姚安6.5级地震、2001年10月27日永胜6.0级地震前,该井水文观测值出现了显著的前兆异常。

丽江站井孔水温自2007年4月22日开始上升,至5月6日达到最高值,之后开始回落,震前10天(5月22日)基本转平,整体上升幅度为0.028 4 ℃(图2a)。

(2)弥渡观测站

距震中约270 km,地处红河断裂带弥渡盆地的东北角,距红河断裂带弥渡段几千米,以南15 km处是红河断裂的北端与NN向的永胜—弥渡断裂带的交汇处。基岩覆盖为亚黏土和砂砾石层,基岩为玄武岩。观测点为温泉自流井,井深40 m,探头放置在36 m处,流量约0.25 L/s,水温53 ℃左右。热水来自地下较深处的基岩裂隙,由于上部覆盖层为隔水性能较好的亚黏土层,所以大气降水对水温观测没有影响。

弥渡观测站水温自4月15日开始缓慢上升,5月24日上升至最高点,上升幅度为0.031 3 ℃,之后快速下降转平(图2b)。

(3)大姚观测站

距震中约300 km,地处扬子准地台滇中拗陷

图2 水温短临异常曲线(a)丽江;(b)弥渡;(c)大姚;(d)峨山;(e)景东

的中部,属大姚复向斜主要分布区。区内主要活动断裂有大厂断裂、楚雄—南华断裂和元谋断裂,观测站正位于3条主要活动断裂穿切的断块上、程海断裂与绿汁江断裂之间。地表沉积物以剥蚀作用形成的第四系松散碎屑物为主,基岩岩性为侏罗系和白垩系泥质粉砂岩。观测井成井时深度为323.42 m,0～22.1 m为钢套管止水,22.1～33.2 m段为滤水花管,以下深度为裸孔。目前观测井深119 m,温度探头放置在119 m深处,为非自流井。

大姚观测站井孔水温自4月14日开始缓慢上升,至5月11日后出现回落,但在震前一周(5月25日)又开始上升,一直持续到震前2天出现下降转折(图2c)。从出现异常变化到地震发生,整个过程水温上升总幅度为0.248 7 ℃。

(4)峨山观测站

距震中约180 km,位于曲江断裂上。曲江断裂为一两端断面倾向反向的枢纽断层,东与滇东凹陷毗邻,南与红河断裂连接,该井出在断层的枢纽部位。观测井含水层为基岩裂隙水,岩性为长石石英砂岩,含水层节理、裂隙发育,岩心较破碎。完钻井深101 m,套管深97.82 m,76～97 m段为滤水花管,为非自流井。现有井深97.8 m,探头放置井下90 m处。井孔所在位置离练江约50 m,但没有发现与练江水位变化有明显的相关关系。

峨山观测站井孔水温自5月1日开始上升,至5月9日达到最高,之后持续异常高值至震前,异常过程温度上升幅度为0.008 8 ℃(图2d)。

(5)景东观测站

距震中约160 km,地处无量山和哀牢山之间的川河断裂构造上的景东盆地北部。该井深101.28 m,套管深101 m,79.89～96.65 m段为滤水花管,为非自流井。观测含水层岩性为砂砾石层,含水层上下有相对隔水的粉土沉积层,水温探头放置在90 m处的粉土层处。该观测井水温稳定性好,日幅差小于0.000 5 ℃,无任何干扰。在该区5级以上地震前有较明显的异常变化。

景东观测站井孔水温自5月1日开始上升,之后出现2次下降—上升的波动过程,至震前温度总体上升幅度为0.004 1 ℃(图2e)。

除了上述短临异常外,水温短期异常的同步协调性也较突出。从2007年2月初(震前3个多

月)开始,昭通、洱源和寻甸水温观测站都出现了明显的同步短期异常变化(图3)。其中,昭通观测站水温变化形态表现为多次下降—上升变化,这种不稳定状态一直持续到5月底; 洱源与寻甸水温变化形态为突降转平且保持低值至震前。

(1)昭通观测站

距震中约550 km,位于NE向西渔河—昭通断裂北端。该井属于静水位观测,井深387 m,温度观测探头放置在井底,岩性为粘土灰砾岩。

昭通观测站井孔水温分别在2月6日、2月14日、3月3日和3月22日前后出现下降—上升的波动现象,并且在震前的5月31日出现突降变化,下降幅度约为0.002 ℃(图3a)。该测点异常在短临阶段有加速变化现象,表现出突变—平静—突变的短期过程。

(2)洱源观测站

距震中约360 km,位于红河断裂北端。观测井深266.56 m,为承压自流井,流量约0.041 L/s。该井含水层为寒武系苍山变质岩,地下水类型为基岩裂隙水,水循环较深,地下径流途径长,含水层透水性较强。

洱源观测站井孔水温自2007年2月19日出现

图3 水温短期异常曲线(a)昭通;(b)洱源;(c)寻甸

(3)寻甸观测站

距震中约330 km,位于小江断裂带东支西侧。观测井深103 m,观测段为89～103 m,岩性为玄武岩,地下水类型为基岩裂隙水,水温探头位于井下95 m处。

寻甸观测站井孔水温自2007年2月9日出现快速下降,至2月21日跌至最低值,之后保持低值至地震发生,下降幅度约为0.038 ℃(图3c)。

以往的震例总结认为,井孔水温的地震异常多为短临和短期异常,1年或1年以上的中期异常较少,但此次宁洱6.4级地震发生前普洱翠云、弥勒、曲靖观测站水温记录到了比较显著的中期前兆异常(图4),异常表现为以趋势性上升或下降过程为主,异常持续时间较长。从异常出现的时空特征来看,首先是近震源区的普洱翠云观测站在震前1年多开始出现水温加速上升变化,距发震8个月时出现转折下降,并恢复到正常观测值附近。与此同时,外围区的弥勒观测站在相同时间段出现水温趋势下降变化,离震中较远的曲靖观测站则出现水温加速上升的变化。以上中期异常的起始时间表现出从震中向外围扩散的特征。

(1)普洱市(原思茅市)翠云观测站

距震中约30 km,位于倚象盆地中部的倚象断裂构造上。观测井为裂隙承压自流井,流量0.3～0.6 L/s,井深112.27 m,井孔富水性强,大气降水影响比较显著。

普洱翠云观测站井孔水温自2005年初至2006年11月表现为高值波动后持续缓慢升高,温度升高幅度约0.035 4 ℃。之后出现转折下降,且下降速率较先前上升速率大,宁洱6.4级地震前2个月(2007年4月)基本转平,下降幅度约为0.039 4 ℃(图4a)。

(2)弥勒观测站

距震中约280 km,构造上位于弥勒—师宗断裂带上,属于动水位观测,温度探头放置在井下125 m处。

弥勒观测站井孔水温是在相对平稳的背景下,从2005年9月开始缓慢下降,这种趋势一直持

图4 水温中期异常曲线(a)翠云;(b)弥勒;(c)曲靖

(3)曲靖观测站

距震中约390 km,地处小江南北深大断裂东侧的曲靖断裂上,区域构造上为宣威—曲靖—陆良NE向构造体系。观测井完钻井深259 m,现有井深247 m,水温探头位于井下240 m处。井孔上部止水较好,含水层封闭较好,为非自流井。

曲靖观测站井孔水温自2006年7月开始持续升高,2007年4月水温开始加速升高,震前一周升高速率达到最大,整个异常过程水温升高约0.086 ℃,表现出异常持续加速变化的特征(图4c)。

在宁洱6.4级地震孕育过程中,地热(水温)前兆表现出中期、短期和短临异常的配套性特征,这种时间进程上的配套性是地下流体地震前兆的主要特征之一(刘耀炜等,2000)。

在中期阶段,距震中30 km的普洱翠云观测站、距震中280 km的弥勒观测站和距震中390 km的曲靖观测站井水温出现持续时间较长的趋势上升变化,异常的起始时间具有从震中区向外扩散的特点,另外,中期异常点的转折恢复只出现在距震中较近的普洱翠云观测站; 在震前半年至3个月的中短期阶段,昭通、洱源和寻甸等观测站水温于2007年2月出现同步转折下降变化; 在震前1个月的短临阶段,沿红河断裂带从北向南出现了较为突出的温度准同步升高异常。以上异常过程表明,宁洱地震的孕育过程主要是受区域应力场统一作用的结果,因此,在时间进程上出现了中、短、临前兆的配套过程。这种时间进程中的配套性以及各阶段异常的转折与加速变化,对准确把握地震的发生时间有重要参考价值。

此次地震的中期和短期异常的空间动态演化不显著,但各测点同步变化的特点还是比较突出的。在短临阶段,地下流体前兆异常表现出较显著的空间演化过程,其特点是短临异常沿红河断裂带东侧由北向南发展,出现加速升高的异常变化,这种具有方向性的协调性异常演化动态过程,正是地下流体在短临阶段判定发震地区的重要指标之一。此次地震前水温短临异常在空间演化过程中的协调性变化,可理解为是异常向震中收缩的动态过程(李宣瑚,1981)。

根据宁洱6.4级地震的震源机制解结果,震源节面Ⅰ走向为329.1°,倾角为88°(近于直立),倾向NE(与普洱断裂基本一致),地震的等效释放应力场主压应力轴方位为NNE(15.6°),主压应力轴仰角较小,显示出以水平作用为主的特点。据此推测,宁洱6.4级地震是在NNE向主压应力作用下,产生右旋错动的结果。这一结论也可支持水温群体异常沿红河断裂带从北向南发展、演化是受区域构造作用控制的推论。

由于地震的孕育及发生是应力不断积累至释放的过程,处于活动构造带附近的观测井在地震孕育的短临阶段可能会对应力应变过程更为灵敏,因此这也是值得关注的一种前兆空间演化的协调性特征,这种特征对判定可能发生地震的危险区很有帮助。

在中期阶段,异常点分布较广,各异常点在起始时间上具有一定的准同步性,但在异常形态上差异较大。如距震中区较近的普洱翠云测点,在趋势上升的背景下于2006年11月开始出现下降转折,在震前2个月基本恢复到正常状态; 而在距震区360 km外围区,短期阶段异常形态主要表现为下降转平或突降变化; 短临阶段主要表现为快速上升。如果说在地震孕育的不同阶段,地下水微温度场的变化在某种程度上是构造应力作用的客观反映,那么井孔水温变化的不同特点则反映了地震的孕育与发生过程。宁洱地震短临阶段水温上升变化的特征与2006年5月31日吉林前郭5.0级地震前的水温短临异常很相似(赵谊等,2006)。

此次宁洱地震的短临异常中,水温异常较为突出,但同井观测的水位异常不显著,这种现象表明了怎样的孕震过程和物理机制,还需要做更深入的研究工作。