松潘72级地震前的地下水异常机理分析

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1、松潘7 2 级地震前的地下水异常机理分析 李军 ( 四川省地震局地震预报研究所，四川成都6 1 0 0 4 1 ) 摘要：1 9 7 6 年8 月1 6 日，在四川省松潘县与平武县之间发生了7 2 级强烈地震，接着8 月2 2 日和2 3 日 又相继发生了6 7 级和7 2 级强烈地震松潘地震具有较丰富的前兆异常而且震前。四川省地震局根据 地震活动性、地壳变形、地电地磁、地下流体等各学科监测的异常、地方地震工作部门群测仪器的异常以 及群众反映的地下水、动物、地光、火球等的宏观异常，对松平地震作了较好的预测本文仅就松平地震 前地下流体异常，依据松潘地震的发震构造背景、水文地质学等，探讨区域岩体渗

2、流特性与松平地震地下 流体异常变化机理 松潘地震的成功预报积累了丰富经验。松潘地震后，地震科技工作者进行了大规模的地震预测 理论研究和实践探索，先后在四川建起了一批地下水观测台站，取得了一批极有价值的观测资料。 本着实践第一的原则，边观测、边研究、边预报，大胆进行科学实践，在地震异常判别、地震预报 。 方法等方面，积累了一些破坏性地震预测经验。这些经验坚定了地震科技工作者进行大规模地震预 报实践探索的信心，为地震预报工作思路的形成和地震预报的成功实践奠定了基础，松潘、巴塘、 石棉等多次地震的成功预报提供了宝贵的经验。回顾3 0 年的历史，浮现在人们面前的是一幅幅地震 预报成功的热烈景象，但是，

3、松潘7 2 级双震后，四川境内就再以没有发生过7 级以上大地震了。 地震工作者面对3 0 年四川无7 级以上大震在默默无闻地工作、思考、研究，为预测下次大地震，为 有效减轻地震灾害损失，保护人民生命安全，维护社会稳定顽强不屈的努力。 松潘地震的构造背景 图1 松潘地震与地块关系图 中国大陆现今构造应力场主要起源于中国 大陆周围板块间的相互作用。印度板块北东向的 强烈碰撞作用是中国大陆构造应力场最主要的动 力源，它控制了中国大陆构造应力场和构造运动 的总体特征。对于川滇来说，西北部受到青藏高 原的隆起及其向东的物质挤出的作用；西南部受 到印度板块的挤压作用，东部受到华南块体的阻 挡作用，其中，稳

4、定的四川盆地的阻挡作用导致 物质东流的方向发生偏转，从向东转为向东南。 松地震发生在川青块体的东边界( 见图1 ) 。 震中位于近南北向的岷江断裂、北东向的龙门山 断裂和西秦岭东西向构造所围限的次级三角形断 块中的虎牙断裂上。虎牙断裂带总体走向近南北， 长达4 0 余公里。该断裂带虽然形成较早，但有多 期活动。根据等裂度线形状、地震活动、震源机制解和地裂缝的展布等资料来看，这次地震是在近 南北向虎牙断裂强烈活动的结果。 龙门山造山带位于华南块体的西缘，川青块体的东缘，龙门山构造带总体走向呈北东向展布。 - - 2 7 7 - - 龙门山构造带东以东与川西前陆盆地相分隔。从北西向南东，龙门山造山

5、带可分为：松潘一甘孜褶 皱带、茂汶一汶川韧性剪切带、龙门山逆冲推覆构造带、龙门山前陆滑脱拆离带和川西前陆盆地。 推覆构造主要发育于茂汶一汶川韧性剪切带和龙门山逆冲推覆构造带内。在龙门山中段，龙门山逆 冲推覆带主要由彭灌杂岩构成，被称为彭灌推覆体。彭灌推覆体以映秀断裂作为推覆滑动面，向南 东逆冲推覆至川西前陆盆地上三叠统须家河组之上，在推覆体内部发育了一系列大致与主断裂平行 的次级断裂。映秀断裂以脆性变形为主，断层面西倾，浅部断层倾角变陡，向深部逐渐变缓至水平。 茂汶推覆体主要由一套中浅变质的板岩、千枚岩和片岩构成。它以茂汶断裂作为推覆滑脱面向 南东推覆至彭灌推覆体之上。茂汶断裂带主要以韧性变形

6、为主，属于深部构造层次的断裂：断层倾 向北西，地表断层倾角一般为6 0 “ 7 0 度，向深部倾角变缓趋于近水平。在茂汶推覆体内部发育了 一系列与茂汶断裂相平行的断裂。 2 地下流体流动讨论 岩体的水力学性质是指的渗透特性及在渗流作用下所表现的力学性质。岩体与土体渗透区别： 土体的结构疏松，以孔隙为主，孔隙的大小取决于岩性和土的颗粒堆积方式。一般来说，粘土的孔 隙度最大，但孔径小，透水能力差，一般作为弱透水层或隔水层：砂土随颗粒增大，孔隙度大，渗 透性好。岩体以裂隙渗透为主，其渗透特点：A 、岩体的渗透性大小取决于岩体中结构面的性质及岩 块的岩性：B 、岩体渗流以裂隙导水，微裂隙和岩石孑L 隙

7、储水为其特色；C 、岩体裂隙网络渗流具有 定向性；D 、岩体一般看作非连续介质；E 、岩体渗流具有高度的非均质性和各向异性：F 、一般岩体 中的渗流符合达西渗流定律；G 、岩体渗流受应力场影响明显；H 、复杂裂隙系统中的渗流，在裂隙 交叉处，具有“偏流效应”，即裂隙水流经大小不等裂隙交叉处时，水流偏向宽大裂隙一侧流动。 ( 1 ) 深层水：这里指数千米下的流体包裹体，在挤压体制下形成的造山带和前陆盆地系统中，由 于构造挤压排液，流体一般由造山带和冲断带向相邻的盆地迁移。同样在挤压体制下的板块俯冲碰 撞带，增生楔中的流体可以被带入地球的深部。研究区正是处于这样一种挤压构造背景。流体是从 造山带向

8、盆地迁移，还是随着盆地向造山带下俯冲，被带入到造山带内部，这是一个十分值得注意 的问题。对流体包裹体的研究表明( 流体包裹体研究的三个基本前提，它们是：均一体系、封闭体 系和等容体系。包裹体的定义：矿物包裹体是成矿流体( 含气液的流体或硅酸盐熔融体) 在矿物结 晶生长过程中。被包裹在矿物结晶格缺陷或穴窝中的、至今尚在主矿物中封存并与矿物有着相的界 限的那一部分物质。) ，两推覆体内均存在着不等量的有机质包裹体。而赋含有机质包裹体寄主脉岩 的围岩均为变质岩、糜棱岩和花岗岩。花岗岩形成于晋宁一澄江期，它不可能提供有机质；同样的， 变质岩也难以为流体提供有机质，说明含有机质包裹体的流体属于外来流体。

9、研究表明，在盆转山 过程中所形成的变质流体中也赋含有机质包裹体。因而，两推覆体内脉体中的有机质包裹体可能有 两种来源：封闭保存于造山带内早期的变质流体；直接来源于川西前陆盆地。盆地内大量天 然气和煤的存在，表明盆地内有机质丰富。如果流体来源于前者，则说明在推覆作用过程中，造山 带流体向盆地迁移；如果来源于后者，则暗示盆地流体被带入到造山带内部。无论是哪一种情况， 均说明盆山间流体有交换和运移。从川西前陆盆地赋含多层位的热卤水和与盆地相邻的彭灌推覆体 的高盐度特征，使我们有理由相信，盆地的流体有可能被带入到造山带内。 ( 2 ) 浅层水：这里的浅层水是指地下数百米内的潜水和承压水，主要是大气降水

10、补给，通过岩体 的空隙，在重力的作用下，在岩体内从高至低而流动，水在岩体内流动过程中，遇上活动断裂、不 - 一2 7 8 - 一 透水岩层，在有通道的地方流出地面形成泉水；如果钻孔揭露其上部隔水层时水位会上升到隔水顶 板以上，甚至可高出地面而成为自流水。 3 岩体渗流的特性松潘地震的地下水异常变化 在岩体系统中，由于岩体所处的应力状态不同，岩体的应力对岩体的渗透性能影响比较敏感。 不连续面渗流与变形实验表明，不连续面渗透系数随法向应力的增大而减小，法向应力值愈大，渗 流的不均匀性愈明显。不连续面的剪切变形效应远比压缩闭合变形复杂，在剪切过程中将产生一系 列物理、力学作用，致使渗透特性复杂化。

11、1 9 7 6 年3 - 4 月大邑县五龙乡新龙五组，一口供1 0 0 多人饮用的水井，1 9 7 6 年3 月1 0 日1 5 1 6 时，水位下降了l 米左右；在大邑县除这口井的突出变化外，在五龙乡及大邑县城关附近还有七 口井出现程度不同的水位下降变化，这是松潘M 7 2 级地震前首先出现一批地下水异常。1 9 7 6 年6 月1 6 日7 月2 日，在半个月左右的时间里，在龙门山构造带的中南段，汶川、绵竹、温江、邛崃、 名山、雅安一带出现大面积的地下水位上升。1 9 7 6 年7 月4 日7 月1 3 日在l O 天的时间里，在龙 门山构造带的中南段，茂汶、绵竹、彭县、都江堰、崇州( 庆

12、) 、大邑县一带出现大面积的地下水位 上升，并在安县、江油等地区出现地下水位。地下水升降分区明显。1 9 7 6 年7 月1 4 日8 月1 日地 下水位变化较乱时段，8 月2 日8 月1 4 日，沿龙门山构造带江油、安县、茂汶、绵竹、彭县、都 江堰、大邑、蒲江、天全一带呈现条带状的地下水位上升和下降。1 9 7 6 年8 月1 7 日8 月2 9 日松 潘大地震发生时段，8 月1 6 日，在四川省北部阿坝藏族自治州松潘县与平武县之间发生了7 2 级强 烈地震，接着8 月2 2 日和2 3 日又先后发生了6 7 级和7 2 级强烈地震，在这一时段，地下水位变化 可分为三个区，一是茂汶、绵竹、彭

13、县地下水位上升区；二是江油、仕邡、崇州、大邑地下水位上 升和下降混乱带；三是邛崃、名山、宝兴地下水位下降区。 4 地震前地下水前兆异常特征解释 4 1 岩石变形引起渗流路径的变化 地震前地下水位变化与震源区岩石变形引起 地层变化有直接关系。从机理上分析，渗流与变形 首先是从不连续面的物质成分、结构构造特征的变 化开始的，包括凸突体的压缩、啃断、碎屑颗粒的 碾磨、岩粉化及糜棱岩化，颗粒的定向排列和劈理 化等。当不连续面受法向应力作用，且局部接着应 力大于凸起体的抗压强度时，凸起体就被压碎，不 连续面的面积接触率不断提高。这将引起不连续面 内有效过水面面积和渗透系数的减小。 值得指出的是，渗流与变

14、形不仅表现在水力学 传导能力上，而且还表现在渗流的各向异性上。研 究表明，即使在初始状态下渗流是各向同性的，但 在发生变形后渗流一定是各向异性的。从图3 可见， - 一2 7 9 - 一 - 一 A | 闺。| 离 - I 吧- - p 山- _ = k _ ；，k 夏二了Z o = ：E P t - - - r 1 _ _ _ 一_ 一I 二二_ _ k _ ：= = 二三= Z 伪二1 t 一_ _ _ _ H _ _ 二1 - k = = = = = = = Z 刃一 d _ _ - - - _ _ - _ _X l _ _ = - a 迂= = = = = = 7 y 3 噜哩_ ，_

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