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怎样利用地下水预报地震

发表时间: 2010-08-24 16:10:17

作者: 丁宏伟

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  自进入二十一世纪以来,全球地震似乎有些频繁:从海地、智利、土耳其、墨西哥到中国、日本、印尼地震,震级都超过7级,有的甚至达到了8级以上,2010年已发生两次8.7级以上地震。而每年发生在海洋深入的大小地震更是数不胜数。网上有人戏称,现在地球已经像手机一样被调到了“振动模式”。毫无疑问,现在全球可能处于一个强震活动的频发时代。频繁发生的强烈地震对世界各国公众安全、基础设施和财产造成了严重威胁。因此,如何利用有效手段预测预报地震已成为全人类共同关注的大问题。
  一、“地震高发期说”存争论

   一般而言,地震的产生包括三种成因,即构造成因:这种地震又被称为断裂地震,是由地下岩石突然发生错断所引起,这种类型的地震分布最广,其强度也最大,地球上约90%的地震和破坏性最大的地震都属于断裂地震;火山成因:即火山喷发时由于气体的冲击力所引起的地震,这种地震强度较小,只是在火山周围地区有较显著的影响,这类地震约占地震总数的7%;陷落成因:多发生在在石灰岩地下溶洞发育的地区,即由于上覆岩层坍塌引起的地震,这种地震影响范围小,破坏性不大,约占地震总数的3%。

  中国地震台网中心研究员孙士宏认为,现在全球可能处于一个强震活动的频发时代。他表示,相对于以前一百年地震活动的历史,1964年到2004年,这40多年没有发生8.5级以上地震,而今年已发生两次8.7级以上地震,这是在40多年相对活动水平比较低的状态下发生的,说明这几年全球8级以上地震活动水平明显偏高,与上世纪前半叶地震活动水平基本相当。上世纪前半叶时地震活动水平也较高,后半叶时相对较弱,进入21世纪后地震活动又有增强的迹象。“假如地震活动存在一个百年周期特征,那么现在可能又一次进入了高震级地震活动频发的阶段。”他认为,这次地震活动高发时代可能要延续一段时间,估计至少在40年以上。

  北京大学地球与空间科学学院副教授雷军博士表示,今年以来的地震活动属于正常范畴,而且8级地震出现较多,表明地震非常大的能量释放已经得到释放。未来地震还会持续相当一段时间,但在时间上可能会拉长,在震级上虽然还会保持一定的强度,但是会趋于缓和。

  二、地下水及其功能

  地下水是指埋藏在地壳上部岩层中的水,它存在于土壤或岩石的孔隙、裂隙或溶洞中,是地壳的组成物质之一,也是可以流动的水体。我们一般见到的地下水是井水或泉水。地面以下的水并不都是地下水。地面以下的土层可分为包气带、饱水带。包气带的土层中含有空气,没有被水充满,包气带中的水分称为土壤水或包气带水。饱水带中土壤孔隙被水充满,含水量达到饱和,饱水带中的水即为地下水。常见的井水、泉水都是地下水。地下水分布广泛,水量也较稳定,是工农业和生活用水的重要水源之一。地下水的过量开采(开采速度大于其补给速度)会造成地下水位的大幅下降,引起地面沉降、地裂缝、及植被死亡、土地荒漠化,进一步引起区域生态环境的恶化。而地下水位过高会对农作物生长不利,会造成渍害和农作物减产,若地下水含盐量较高,则会产生土壤的次生盐碱化。

  三、地下水与地震

  国内外许多震例证明,大震前,在广大的地域范围内,地下水常出现水位、水质以及水温等的异常变化。1966年3月8日河北邢台里氏6.8级地震前,震中区的隆尧县白家寨公社马拦大队党支部书记袁桂锁的家门口有一口井,3月7日发现井水翻花冒泡,他没有在意,结果8日发生了大震。半月后,又发现了翻花冒泡现象,又发生了一次7.2级地震。以后他每天几次观察,利用家门口的这口井,准确地报出了每一次余震。因而袁桂锁被周恩来总理誉为地震预报的“土专家”。当地群众编了顺口溜:井水是个宝,前兆来得早。无雨水发浑,天旱井水冒。水位升降大,翻花冒气泡。有的变颜色,有的变味道。天变雨要到,水变地要闹。建立测报网,异常快报告。

  地下水由于存在于地下,和土壤、岩石及各类含水介质广泛接触,其中蕴含有不同成分的气体、化学物质及微生物等。地下水的流动方向、承压力的大小受岩层运动和地应力大小的影响,同时也决定了地下水的温度、颜色、透明度、气味、比重、导电性、放射性等物理性质和离子含量、气体成分等化学性质都是变化着的。当地震来临或发生以后,地下水水量、水质、水位和水温均会产生明显的变化。

  四、怎样利用地下水预报地震

  (一)地下水位

  观测表明,地下水异常现象大多集中在大震前几天,尤其是前一、二天更为集中。其表现除水位大幅度升降以外,常有水发浑、变色、变味、翻花冒泡、打旋等。大地震前,地下水异常初期表现为缓慢的升降,其超前时间短的一两个月,长的可达一年甚至几年左右,影响半径可达几十公里甚至数百公里。如2003年10月23日甘肃山丹、民乐6.1级地震,震中东部的张掖盆地部分观测井早在2001年就开始上升,上升幅度达4—8米;再如2008年5月12日四川汶川8.0级地震,距离汶川800多公里的兰州盆地黄河两岸2007年3月地下水位上升1—3米,几乎同时远在河西走廊的酒泉、嘉峪关市地下水位也上升了2米左右,致使酒泉市泉湖公园被淹,而正常情况下这个季节一般是地下水的低水位期。

  一般情况下地震震级越大,地下水位异常的范围也越大。如1966年邢台6.8级地震前地下水异常范围南北长约230公里,面积达4万多平方公里,3月22日邢台7.2级地震异常范围达5万平方公里。1975年2月4日辽宁海城地震前地下水异常范围南北长达370公里,东西宽达380公里,总面积达14万平方公里。唐山7.8级地震前,相距600公里的安阳地下水位也出现了较为明显的异常。
  地下水与震中的关系往往有以下规律,异常分布早期出现在周围地区,以后逐渐向震中收缩集中,震中多为地下水位上升区。如唐山地震前1-2天,震中区水位出现大面积上升,外围地区下降,震前16小时之内,地下水异常变化主要集中在烈度八度区内。

  1946年12月21日,日本北海道发生历史上罕见的大地震,中心地带震级达8.1级。据说地震发生的前几天,方圆4平方公里的范围内井水水位突然下降,而震前水位却很高。1955年4月14日,四川康定县发生地震的前两天,一眼泉水的流量突然增大3倍,地震前一天泉水变为喷泉,最高达到了半米高,不过地震后很快恢复了正常。

  但地下水的观测应注意排除自然与人为干扰因素。如大气降水、冰雪融水、人工抽水、灌溉、天气干旱蒸发、气压上升下降、环境污染等导致的地下水位的升降和变异。只有排除了非地震因素干扰后,才可确定为地下水地震前兆异常。在有中短期预报的背景下,有观察条件的地区应注意了解地下水的异常变化情况,如发现异常应积极向当地政府有关部门报告,为扑捉临震前兆提供可靠的依据。

  (二)地下水水化学

  目前,地下水中的 氡(Rn)含量在地震预报中受到国内外专家学者的青睐。氡(Rn)是一种惰性气体,是放射性元素铀(U)和镭(Ru)衰变的产物,它具有由压力大的地方向压力小的地方转移的特点。在浅层地下水中氡的含量受气压、气温影响较大,而在深层地下水中这种影响较小,可反应深部地下温度、压力的变化。因此,对氡值的跟踪观测是重要的地震前兆观测手段之一。
  据瑞典《每日新闻》2004年8月4日报道,斯德哥尔摩大学岩石学和地球化学教授凯尔顿及同事对冰岛一个强地震地区的地下水进行连续不断的观测结果。结果发现,在地下水中的锰(Mn)、锌(Zn)和铜(Cu)等金属含量相继急剧上升后一个星期,该地区发生了一次里氏5.8级的强烈地震。地震结束后,这个地区地下水中的金属含量又很快恢复到正常水平。

  凯尔顿认为,受地震发生前夕地质张力的影响,地壳深处温度较高的地下水不断上升,由于矿物质更容易溶解在温度较高的水中,因而上升水中必然含有较高的金属离子。观测结果还表明,在地震发生前的一到五个星期,地下水中的金属含量最高。当然,地下水中金属的种类要视当地地层中蕴藏有什么样的金属而定。

  据香港中国通讯社报道,两位台湾大学地质系副教授在一个学术研讨会上指出,根据他们长期监测发现,“9.12”大地震前后,台湾各地地下水与泉水气体,曾产生明显异常变化,如果台湾能建立连续的地球化学监测站,地震发生的前几天甚至前几个月就可以有效预警。台湾杨灿尧副教授透露,地震前后主震区附近的埔里清净矿泉水源地下水的化学成分有明显的变化,特别是硝酸根(NO3-)与硫酸根(SO42-)离子的浓度在大地震发生前的四个月,就明显的增加了。分析认为地震发生前后,由于地应力的作用,会造成地下流体(水与气)循环系统的改变,从而导致这些流体的混合作用,使其水化学成分于震前、震后有异常变化,而被广为作为有效的地震预警前兆。另一位副教授也指出,地下水成分明显产生异常的原因,应该是地震发生前,由于断层开始慢慢活动,逐渐在地表产生挤压并释放能量,而这些能量会产生出负离子,进而影响地下水化学成分的改变。

  (三)地下水的其它物理特征

  正常情况下,地下水一般清激透明、无色、无味的。可是在大地震发生前,有些井却突然翻砂,水变得浑浊不清,出现各种奇怪的颜色,发出一些奇怪气味;有些井还会大量冒泡、水体旋转和发出各种响声。例如,通海地震前两天,有些井水颜色十分奇特,红、黄、绿、蓝、灰、紫等各色都有;有些井水有甜、咸、酸、苦、涩等味;有的井甚至还有煤油、硫磺等气味。1974年4月22日,江苏课阳发生5.5级地震,据前马村村民介绍,在地震发生的前五天左右,该村的一口井的井水突然变黄,随后更是越来越黄,还开始冒气泡。地震的当天,井水更是突然上升和翻腾,散发出一种难闻的气味。震后的第二天,一切又恢复了正常。 1975年2月4日,辽宁海城发生了7.3级强烈地震,震前的几天,附近的海城县井水也突然变得浑浊不清。
    有的地方地震前,地下水的温度也有明显的异常变化。云南龙陵县发生7.5级地展前,该县的巴腊掌温泉水突然上升到九十多度,竟比正常温度高出十几度,并且这个温度一直维持到地震结束。据说当时还伴有很浓的硫磺气味。

  五、结语
  人们不禁要问,为什么地下水在地震前有水位、水质、水温等多种异常的变化呢?为什么有的水井还会发生 “井响”呢?难道地震与地下水的变化有着某种内在联系? 地震专家认为地震发生前,地下岩浆也在发生变化,完全有可能导致地下水跟着发生变化。但至于地震如何影响地下水,并导致其变化现在仍处于研究阶段。
  可以肯定,人类一旦破解了地震与地下水之间的关系,那么,我们就完全可以通过监测地下水的变化来达到预报地震的目的,从而可以大大降低地震给人类所造成的损失。   


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