吉林省松原地区地震监测台站水化学特征

引用本文

刘轶男, 孙凤霞, 崔月菊, 盘晓东, 马铭志, 张昕, 杜建国. 吉林省松原地区地震监测台站水化学特征. 地球科学进展, 2017, 32(8): 810-817
Liu Yi’nan, Sun Fengxia, Cui Yueju, Pan Xiaodong, Ma Mingzhi, Zhang Xin, Du Jianguo. Hydrachemical Characteristics at the Seismic Stations in Songyuan District, Jilin Province. Advances in Earth Science, 2017, 32(8): 810-817 复制到剪切板

Doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2017.08.0810
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吉林省松原地区地震监测台站水化学特征

刘轶男^1,^2,³, 孙凤霞^2,^*, 崔月菊², 盘晓东⁴, 马铭志³, 张昕³, 杜建国²

1.吉林大学地球科学学院,吉林长春 130012

2.中国地震局地震预报重点实验室(中国地震局地震预测研究所),北京 100036

3.吉林省地震局丰满地震台, 吉林吉林 132108

4.吉林省地震局,吉林长春 130117

*通信作者:孙凤霞(1990-),女,北京人,硕士研究生,主要从事流体地球化学研究.E-mail:396425908@qq.com

作者简介:刘轶男(1980-),女,吉林吉林人,工程师,主要从事流体地球化学研究.E-mail:jllyn@126.com

基金:国家自然科学基金项目“非静水压下水岩反应的实验研究”(编号:41373059); 中国地震局地震监测、预测、科研三结合课题“ 丰满台流体异常研究”(编号:160702)资助

摘要

根据水化学组分及氢、氧同位素组成,讨论了吉林省松原及其周边地区地下水水化学类型及成因。2014—2015年在松原及其附近的8个水井点采集了4次水样,用离子色谱分析了水的主要离子浓度,用液态水同位素分析仪分析了样品的氢、氧同位素组成。测量结果表明样品的矿化度为125.4~19 350.9 mg/L;δD和δ¹⁸O值分别为-71.7‰~-98.1‰和-9.0‰~-12.5‰。地下水的δD,δ¹⁸O组成表明该区地下水主要来源于大气降水。4次采样期间,陶赖昭潜水井水化学组成受人为环境影响,变化较大;其余水样采自承压井,水化学组成变化较小。其中东大什等5口井的地下水为低矿化度的HCO₃-Na型,该水化学类型的形成受硅酸盐矿物的溶解及石油开采添加活性剂的共同影响,采样期间Na⁺和SO42-出现了较为明显的波动,δ¹⁸O也出现了一定程度的漂移;扶余井受油田开采注酸影响,为Cl-Na型淡水;前郭井为Cl-Na型咸水,4次采样期间,其氢、氧同位素存在明显的波动,且矿化度存在明显的递增趋势,可能与采样前后发生的中、小地震有关。研究成果为今后震情跟踪和地震水化学异常的落实提供了科学依据。

关键词: 地下水; 地球化学背景; 氢氧同位素; 地震; 松原

中图分类号:P641.12 文献标志码:A 文章编号:1001-8166(2017)08-0810-08

Hydrachemical Characteristics at the Seismic Stations in Songyuan District, Jilin Province

Liu Yi’nan^1,^2,³, Sun Fengxia^2,^*, Cui Yueju², Pan Xiaodong⁴, Ma Mingzhi³, Zhang Xin³, Du Jianguo²

1.College of Geoscience, Jilin University, Changchun 130012, China

2.China Earthquake Administration Key Laboratory of Earthquake Prediction (Institute of Earthquake Science), China Earthquake Administration, Beijing 100036, China

3.Fengman Seismic Station, Jilin Bureau of Seismology, Jilin Jilin 132108, China

4.Jilin Bureau of Seismology, Changchun 130117, China

*Corresponding author:Sun Fengxia(1990-), female, Beijing City, Master student. Research areas include geochemistry.E-mail:396425908@qq.com

First author:Liu Yi’nan(1980-), female,Jilin City, Jilin Province,Engineer. Research areas include fluid geochemistry.E-mail:jllyn@126.com

Fund:Project supported by the Natual Science Fuondation of China“Experimental study of water-rock reaction under no-hydrostatic pressure”(No.41373059); Combined Project of Monitoring, Prediction and Research of China Earthquake Administration“Investigation of fluid anomaly in Fengman Seismo Station”(No:160702)

Abstract

The hydrochemical types and origins of underground water in Songyuan and vicinity, Liaoning Province were discussed based on the hydrochemical composition, δD and δ¹⁸O. The water samples from eight wells were collected 4 times during 2014 to 2015. The main ion concentrations of water were analyzed with an Ion Chromatography. Isotopic compositions of hydrogen and oxygen were analyzed with the Liquid Water Isotope Analyzer. The mineralization (TDS) of the water ranged from 125.4 mg/L to 19 350.9 mg/L. Values of δD and δ¹⁸O ranged from -71.7‰ to -98.1‰ and from -9.0‰ to -12.5‰, respectively. The isotopic data indicated that the water originated from meteorological precipitation. The chemical compositions of Taolaizhao phreatic water were influenced by the human activity while the other water samples collected from artesian well were less affected by the human activity. Water in Changling, Dongdashi, Taohaotai, Qianan and Ningjiang were characterized by HCO₃-Na with low TDS values. Such chemical types of water with fluctuations of Na⁺, SO42- and δ¹⁸O drift were resulted from dissolving silicate minerals and adding surfactant during oil exploitation. Fresh water in Fuyu well was Cl-Na type, which was influenced by acid injection during oil exploitation. Water in Qianguo well was characterized by Cl-Na type with TDS up to 19 350.9 mg/L, the obvious fluctuations of hydrogen and oxygen isotopes and increasing ion concentrations in the Qianguo well may be caused by the earthquakes that occurred in the sampling duration. The results will provide the background of hydrochemistry, and will be of benefit to monitoring earthquake and certificating seismic-chemical anomalies in the future.

Keyword: Underground water; Geochemical background; Hydrogen and oxygen isotopes; Earthquake; Songyuan.

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1 引言

地下流体组分和同位素组成的变化与地下应力和构造活动等有密切关系, 能够灵敏地反映地壳的应力、应变状态及地震活动^[1~3]。因此, 研究地下流体地球化学变化与地震的关系, 在地震预测、震后趋势判断和地震预测方法研发方面具有重要意义^[4~9]。2007年在云南普洱M_S 6.4地震前后, 监测到温泉水中F^-浓度发生明显变化^[7]。川西温泉地球化学研究表明, 汶川M_S 8.0地震前后温泉出现气体和离子浓度的明显变化^[10~12]。新疆北天山泥火山水化学研究表明, 2012年新源M_S 6.4地震前后地球化学参数出现了显著变化^[13]。冰岛Hafralæ kur地区2012年10月和2013年4月2个M_S 5以上地震前后, 地下水δ D, δ ¹⁸O, Na, Si, Ca浓度均出现了明显的高值^[8]。此外, 地震还导致新的喷气孔和温泉出现^[9]。21世纪以来, 松原地区地震活动频繁, 但迄今为止, 地震监测手段有限, 尤其是水化学监测很薄弱。因此, 为了增强水化学监测、满足地震异常落实和震情跟踪的需要, 近2年在松原地区系统地采集了水样, 分析了离子浓度和氢、氧同位素组成; 目的是确定该区域地震活动与地下水水化学成分和氢、氧同位素组成之间的变化规律, 为震情跟踪和异常落实提供科学数据。

2 地震地质概况

松原地区位于吉林省中西部, 松辽盆地南部中央凹陷区的扶新隆起带上。松辽盆地基底主要为古生界变质砂泥岩及大理岩, 并有大面积的花岗岩。沉积盖层为中、新生代沉积岩, 以侏罗纪至第三纪砂岩、泥岩为主, 其中侏罗纪晚期至白垩纪早期为一套含煤砂岩— 泥岩, 并夹有多层玄武岩、安山岩、流纹岩及凝灰岩^[14]。研究区构造位置位于大型的中、新生代坳陷盆地内的松嫩中部坳陷带, 其两翼不对称, 具有西翼陡、东翼缓, 沉降幅度西深东浅的特点。坳陷带的边界断裂发育, 西有嫩江断裂, 东界为依兰— 伊通断裂, 南界有赤峰— 开原断裂, 北界有讷莫尔河断裂。松原地区内部断裂发育, 分别为走向NW第二松花江断裂、NE嫩江断裂以及NE扶余— 肇东断裂, 3条断裂在第四纪均表现出一定的活动性, 且区内中、强地震多沿3条断裂分布^[15]。20世纪以来, 松原地区发生过多次中强历史地震, 其中最大一次地震为1119年2月乾安6 $\begin{matrix} \frac{3}{4} \end{matrix}$ 级地震。近年来, 在松原的西南先后发生了6次5级以上地震:2006发生M5.0地震, 2013年在东大什井以西先后发生了M5.5, M5.0, M5.3, M5.8和M5.0地震, 2014年以来共发生M3.0以上地震10次, 其中M4.0以上地震4次, 同样集中在东大什井以西(图1), 其中, 采样期间共发生M_S 3.0以上地震2次, M_S 4.0以上地震2次。

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	图1 研究区地震构造简图 F1为第二松花江断裂; F2为扶余— 肇东断裂; F3为大安— 德都断裂; 高程单位:mFig.1 Schematic diagram of seismic structure in the study area F1.The second Songhuajiang River fault; F2.The Fuyu-Zhaodong fault; F3. The Da’ an-Dedu fault; Elevation unit: m

3 样品采集与分析

自2013年10月31日, 吉林省松原市40天内发生了5次5级以上地震。为了跟踪监测地震活动, 于2014年8月7日、2015年5月10日、2015年8月6日及2015年11月6日在松原地震震中距为150 km范围内的8口观测井采集了4次样品, 共计31个样品(图1, 表1)。样品容器为250 mL的聚乙烯瓶。取样时将瓶子用井水冲洗3次后, 直接装满水, 排除顶空, 避免空气对水样的影响, 在2周内完成样品常规离子分析^[16]。

在中国地震局地震预测研究所测定水化学成分, 用滴定法测定HCO^3-, C $\begin{matrix} O_{3}^{2 -} \end{matrix}$ 浓度; 水中常规离子组分(Li⁺, K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, F^-, Cl^-, Br^-, NO^3-, S $\begin{matrix} O_{4}^{2 -} \end{matrix}$ ) 测定使用的仪器为Dionex ICS-900离子色谱仪, 阴阳离子的相对标准偏差小于10%。在防灾科技学院用LGR液态水同位素分析仪测定了氢、氧同位素组成, δ ¹⁸O和δ D值相对V-SMOW标准, 数据的误差分别为± 0.1‰ 和± 0.5‰ ^[3]。

4 结果

在松原地区采集的水样均为低温地下水。水化学分析结果(表1)表明, 矿化度(Total Dissolved Solid, TDS)为125.4~19 354.8 mg/L。多数水样的水化学类型为HCO₃-Na型, TDS较低(125.5 ~ 503.3 mg/L)。扶余(FY)及前郭(QG)井的水化学类型为Cl-Na型, FY井TDS为368.1~400.8 mg/L, QG的TDS较高, 4次采样的范围为7 659.4~19 354.8 mg/L。陶赖昭(TLZ)井水的TDS较低(164.4 ~ 394.5 mg/L), 为HCO₃-Ca型, 并有较高含量的N $\begin{matrix} O_{3}^{-} \end{matrix}$ 。

表1 采样点位置、时间及分析结果 Table 1 Samples location, colleeting date, and amalytic results

水样的δ D和δ ¹⁸O值的分布范围较小, 分别为-71.7‰ ~-98.1‰ 和-9.0‰ ~ -12.5‰ , QG水的氢、氧同位素值明显偏重(表1)。

5 讨论

5.1 水化学类型成因

舒卡列夫类型分类表明松原地区水样分为7种水化类型, 分别为HCO₃-Ca, HCO₃· SO₄-Ca· Na, HCO₃· Cl-Na, HCO₃-Na, HCO₃-Ca· Na, Cl-Na和HCO₃· SO₄-Na型, 其中多数水样的水化学类型以HCO₃-Na为主。样品的各离子浓度对比表明(图2)QG和FY井的水化学类型为Cl-Na型, 明显区别于其他水样的水化学类型, 其他采样点地下水化学组分除TLZ外具有相似的组成, 水化学类型主要为HCO₃-Na型, 且阳离子表现为Na⁺> Ca²⁺≥ Mg²⁺, 阴离子为HC $\begin{matrix} O_{3}^{-} \end{matrix}$ > S $\begin{matrix} O_{4}^{2 -} \end{matrix}$ ≥ Cl^-> N $\begin{matrix} {O_{3}^{-}}^{[17]} \end{matrix}$ 。

陶赖昭(TLZ)地区位于第二松花江断裂东部, 主要受第二松花江水补给^[18]。该井水的水化学类型为HCO₃-Ca型, TDS范围为163.5~394.5 mg/L。由于该井水属于潜水, 所以受地表及人为影响严重, 4次采样井水的水化学成分变化较大, N $\begin{matrix} O_{3}^{-} \end{matrix}$ 浓度较高, 为24.8~ 32.6 mg/L, 水中的S $\begin{matrix} O_{4}^{2 -} \end{matrix}$ 和N $\begin{matrix} O_{3}^{-} \end{matrix}$ 以及一部分的Cl^-主要来源于农业施肥、动物畜牧以及地方污水排放。贵州喀斯特地区水文地球化学研究表明, 河水中有人为活动产生的S $\begin{matrix} O_{4}^{2 -} \end{matrix}$ , N $\begin{matrix} O_{3}^{-} \end{matrix}$ 以及Cl^-[19]。湖南非岩溶水和硫酸参与溶蚀不仅对地下河流域岩溶碳汇通量有影响, 而且对水化学也有影响^[20]。

长岭(CL)、东大什(DDS)、套浩太(THT)、乾安(QA)、宁江(NJ)井水均为承压水, 井深在200~250 m, 水温较低, 其矿化度变化范围为125.5~555.1 mg/L, 水化学类型为HCO₃-Na型。用γ 代表水化学组分的毫克当量浓度(meq/L), 区内γ Na/γ Cl值均在3.0以上, 多为4.0 ~ 9.0, 表明盐岩(NaCl)并非是Na⁺的主要来源, 该类型水应该归因于深部含水层中的二氧化碳分压(pCO₂)增高, 铝硅酸盐矿物溶解形成了较高含量的HC $\begin{matrix} O_{3}^{-} \end{matrix}$ 和Na^+[21]。此外, 4次采样水化学组分平均值及pH值计算得到水中的饱和指数(SI), 结果表明CL, DDS, THT, QA和NJ水中的碳酸盐均处于过饱和状态(SI> 0.1), 而水中石膏处于未饱和状态(SI< -0.2)(表2), 这证明还有影响硫和钠浓度的其他因素。NJ和THT第二次采样的结果变化尤为清晰, 其阳离子变化极小, 以Na⁺为主, 阴离子中S $\begin{matrix} O_{4}^{2 -} \end{matrix}$ 所占比例明显增加, 也表明存在外界Na⁺和S $\begin{matrix} O_{4}^{2 -} \end{matrix}$ 的加入(图2)。由于采样区位于油田附近, 石油的3次采油过程中, 作为表面活性剂大量注入到含油层的12甲基磺酸钠(C₁₂H₂₅SO₃Na)应该是Na⁺和S $\begin{matrix} O_{4}^{2 -} \end{matrix}$ 的另一来源^[22~24]。同时, 含水层中pCO₂和油田注水的变化会导致4次采样期间CL, DDS, THT和QA水化学组成的变化, 明显的是NJ水化学类型从HCO₃-Na型变为HCO₃· Cl-Na和HCO₃· SO₄-Na型。

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	图2 松原地区水样piper图Fig.2 Piper diagram of the samples from the Songyuan district

表2 松原市井水主要矿物的饱和指数(SI) Table 2 Saturation Indexes of main minerals in the Songyuan well

扶余(FY)及前郭(QG)观测井水的水化学类型为Cl-Na型。FY井深301 m, TDS较低, 为400.8 ~ 487.3 mg/L, 水化学类型为Cl-Na型, 这可能受扶余采油厂石油开采时注入的酸化剂(HCl)的影响。FY井及QG井的S $\begin{matrix} O_{4}^{2 -} \end{matrix}$ 含量在第二次及第四次采样期间均有所上升, 这也与采油过程中表面活性剂的注入有关(表1)。QG构造位置上位于前郭单斜构造北段, 第二松花江断裂与扶余断裂交界处。该井原为吉林油田采油样井, 井深为800 m, 上部为新近纪及第四纪砂、泥层及沙页岩层, 底部为白垩系泉头组松散岩石含水层, 该井TDS为7 659.4~19 354.8 mg/L, 水中各溶解矿物均近饱和。这表明QG水受到了储层酸化水改造或深层水混入的影响。此外, 由于井深较大, 因此受地表影响小, 对地震响应较为敏感。2口井4次水样的化学成分发生变化, 尤其是自2014年8月起 QG水的TDS及各主要离子组分浓度有明显的上升趋势, 可能与在采样期间发生的2次M_S3.0地震和2次M_S4地震有关, 也可能与该地区13年连续发生的4次M_S5.0以上地震有关。类似的震例有许多, 譬如在云南2007年普洱M_S6.4地震前后出现的温泉水中F^-浓度异常变化^[7], 汶川M_S8.0地震前后川西温泉气体和离子浓度的异常变化^[10~12], 2012年新疆新源M_S6.4地震前后北天山泥火山水化学参数出现了显著变化^[13]。

5.2 氢、氧同位素组成特征

水的氢、氧稳定同位素组成可以反映地下水的来源与形成过程、全球水的循环及分馏。全球大气降水的氢和氧同位素组成呈正相关关系(δ D=8δ ¹⁸O+10, G.M.W.L, 图3)。地区内降水循环及水补给源不同会导致氢、氧同位素发生漂移。松原地区受季风气候影响, 同位素组成控制因素较为复杂, 且受季节影响变化较大^[27]。在图3中, 除QG外, 所采的水样均分布于当地大气降水线和全球大气降水线附近, 表明研究区地下水的来源主要是大气降水。前郭井后2次样品的δ ¹⁸O值明显偏离了大气降水线, 位于大气降水线右侧, 表明可能存在δ ¹⁸O值更重的深部流体的混入, 或水岩反应的加剧。采样期间, CL井水的δ D, δ ¹⁸O变化较小。TLZ井水为潜水, N $\begin{matrix} O_{3}^{-} \end{matrix}$ 含量较高, 其氢、氧同位素组成变化较大是地下水季节变化及人为影响造成的。FY, DDS, THT和NJ采样点井水为承压水, 循环时间较长, 采样期间它们的δ ¹⁸O均出现较为明显的正向漂移(图3), 这应该归因于较强烈的水— 岩作用或深部水的混入。

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	图3 松原地区水样的δ D-δ ¹⁸O图 G.M.W.L为全球大气降水线^[25]; L.M.W.L为中国东北地区大气降水线(δ D=7.2δ ¹⁸O-2.4)^[26]Fig.3 δ D-δ ¹⁸O diagram of the water samples from the Songyuan district G.M.W.L stands for the global meteoric water line^[25] and L.M.W.L for the meteoric water in Northeast China which foundation is(δ D=7.2δ ¹⁸O-2.4)^[26]

6 结语

吉林省松原地区8个井水水样的离子组分以HC $\begin{matrix} O_{3}^{-} \end{matrix}$ 和Na⁺为主, 矿化度范围为163.5 ~ 394.5 mg/L, 可分为7个水化学类型HCO₃-Ca, HCO₃· SO₄-Ca· Na, HCO₃· Cl-Na, HCO₃-Na, HCO₃-Ca· Na, Cl-Na和HCO₃· SO₄-Na型。δ D, δ ¹⁸O的范围分别为-71.7‰ ~-98.1‰ 和-9.0‰ ~-12.5‰ 。长岭、东大什、套浩太、乾安及宁江地区的承压水多为低TDS的HCO₃-Na型, TDS范围为130.6 ~ 503.3 mg/L。扶余和前郭承压井水的水化学类型均为Cl-Na型, 但是中扶余地区井水TDS较低(368.1~447.7 mg/L), 前郭为高TDS咸水(7 659.4~19 354.8 mg/L)。

陶赖昭(TLZ)井水的N $\begin{matrix} O_{3}^{-} \end{matrix}$ 含量较高, 氢、氧同位素组成变化较大, 可归因于季节变化及农业灌溉及施肥的影响。低TDS HCO₃-Na型水, Na⁺和S $\begin{matrix} O_{4}^{2 -} \end{matrix}$ 变化较大, 且除长岭外δ ¹⁸O均发生了较为明显的漂移, 这是硅酸盐矿物溶解、采油时注入表面活性剂和深部流体混入共同作用的结果。FY和QG井Cl-Na型水, FY井水化学组分变化波动较大, Na⁺, Cl^-均呈现出增长趋势, 这与油田添加的酸化剂影响、深部流体的混入和频繁发生的中、小地震有关。CL, FY, QG等地水井是监测地震较好的井点。

The authors have declared that no competing interests exist.

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[19]	Han Guilin, Liu Congqiang. Hydrogeochemistry of rivers in Guizhou Province, China: Constraints on crustal weathering in Karst Terrain[J]. Advances in Earth Science, 2005, 20(4): 394-406. [韩贵琳, 刘丛强. 贵州喀斯特地区河流的研究——碳酸盐岩溶解控制的水文地球化学特征[J]. 地球科学进展, 2005, 20(4): 394-406. ] [本文引用:1]
[20]	Huang Qibo, Qin Xiaoqun, Liu Pengyu, et al. The influence of allogenic water and sulfuric acid to karst carbon sink in karst subterranean river in Southern Hu’nan[J]. Advances in Earth Science, 2017, 32(3): 307-318. [黄奇波, 覃小群, 刘朋雨, 等. 非岩溶水和硫酸参与溶蚀对湘南地区地下河流域岩溶碳汇通量的影响[J]. 地球科学进展, 2017, 32(3): 307-318. ] [本文引用:1]
[21]	Tian Dayong, Cui Zhongyuan, Kong Qingxuan, et al. A preliminary study on the forming condition of the natural soda water in Baoquan town, Heilongjiang Province[J]. Geology and Resources, 2008, 17(3): 219-221. [田大勇, 崔仲元, 孔庆轩, 等. 黑龙江省克东县宝泉镇天然苏打水形成条件浅析[J]. 地质与资源, 2008, 17(3): 219-221. ] [本文引用:1]
[22]	Li Jing. Geochemistry of Clayey Aquitard Pore Water and Its Implication on Environment—A Case Study in the Coastal Plain of Northwest Bohai Bay[D]. Wuhan: China University of Geosciences, 2015. [李静. 粘性土弱透水层空隙水地球化学特征及其环境指示——以渤海湾西北岸滨海平原为例[D]. 武汉: 中国地质大学, 2015. ] [本文引用:1]
[23]	Tang Shanyu, Yang Chengzhi. Petroleum sulfonate precipitation and redissolution in brine[J]. Oilfield Chemistry, 1988, 5(1): 28-33. [唐善彧, 杨承志. 石油磺酸盐在盐溶液中的沉淀与溶解[J]. 油田化学, 1988, 5(1): 28-33. ] [本文引用:1]
[24]	Cheng Bin, Zhang Zhijun, Liang Chenghao. Analysis on composition and structure of sodium petroleum sulfonate for EOR[J]. Advances in Fine Petrochemicals, 2004, 5(6): 14-19. [程斌, 张志军, 梁成浩. 三次采油用石油磺酸钠的组成和结构分析[J]. 精细石油化工进展, 2004, 5(6): 14-19. ] [本文引用:1]
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[26]	Li Xiaofei, Zhang Mingjun, Ma Qian, et al. Characteristics of stable isotopes in precipitation over northeast China and its water vapor sources[J]. Environmental Science, 2012, 33(9): 2 924-2 931. [李小飞, 张明军, 马潜, 等. 我国东北地区大气降水稳定同位素特征及其水汽来源[J]. 环境科学, 2012, 33(9): 2 924-2 931. ] [本文引用:1]
[27]	Li Yaju, Zhang Mingjun, Wang Shengjie, et al. Progress of research of stable isotope in precipitation in China: A review[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2011, 33(3): 624-633. [李亚举, 张明军, 王圣杰, 等. 我国大气降水中稳定同位素研究进展[J]. 冰川冻土, 2011, 33(3): 624-633. ] [本文引用:1]

1991

0.0

. 1991, (3):4-8

Scientific originalities and applications of the groundwater observation well-network for earthquake prediction in China

中国地震地下水动态观测网的科学创新与动态前景

Wang Chengmin.

中国地震地下水动态观测网是我国仅次于测震网的第二大地震前兆观测系统.它的建成与运转,在国内外引起了广泛的重视与浓厚的兴趣,其原因不仅是由于此网建设投资少,建成快、成效大而被国家地震局授予科学技术进步一等奖,更重要的是它的建设思想充分总结了我国经验,扬长避短,有许多重要的科学创新与广阔的应用前景.本文列出中国地震地下水动态观测网主要的五大科学创新:"自身放大"观念、"灵敏点"观念、"有效层"观念、"地壳放气"观念与"微动态"观念等.这些新观念组合在一起建立了一个新的科学概念,开辟了一个新的科学领域,它将拓宽人们的认识,并将地下水领域的研究引向一个新时期.

... 1 引言地下流体组分和同位素组成的变化与地下应力和构造活动等有密切关系,能够灵敏地反映地壳的应力、应变状态及地震活动^[1~3] ...

2000

0.0

. 2000, 20(Suppl.1):107-114 DOI:doi:10.3969/j.issn.1000-3274.2000.z1.019

A brief review on study of earthquake-caused change of underground fluid

地震地下流体发展概述

Du Jianguo , Kang Chunli.

杜建国, 康春丽

通过对地下流体监测技术、异常确定方法与形成机理的研究,以及流体在地震孕育中的作用和预报方法等回顾,扼要地介绍了其进展和经验.并提出了地震预报近期应深入研究和开发的若干领域.

2013

0.0

. 2013, 32(6):489-496 DOI:doi:10.3969/j.issn.1007-2802.2013.04.014

Hydrogeochemistry of thermal waters from the basin-range province in the west region of Beijing

首都圈西部盆岭构造区地热水水文地球化学研究

Zhang Weibin , Du Jianguo , Zhou Xiaocheng

张炜斌, 杜建国, 周晓成

Chemical types and origins of geothermal waters in the basin and range province of the west region of Beijing are discussed. Ion compositions were detected by Dionex IC-900 Ion Chromatography and titration. δ 18 O and δD of the water samples were measured with the Picarro L1102 Isotope Detector. The TDS of the thermal waters are in the range of 225~1449 mg/L. The Na-SO 4 type waters are from fractures in gneisses and granites, which may originate from feldspar hydrolysis and sulfide oxidation in the deep circulation of waters which is controlled by faults and head pressure. The Na·Ca-HCO 3 type waters are from carbonates with interbedding argillite, resulting from dissolving calcite, dolomite, and cation exchange. However, the geothermal waters from Quaternary aquifers of different depths and locations in the basin are geochemically different (Ca·Mg-HCO 3 , Na·Ca-HCO 3 , Na-HCO 3 , Na-HCO 3 ·SO 4 ·Cl, Na-HCO 3 ·Cl, Na-SO 4 ·Cl), which can be attributed to ion exchanging with different rocks, aquifer depths, or fault features. The values of δ 18 O and δD range from -12.4 to -9.5‰ and from -90 to -72‰, respectively, indicating an origin of meteoric water. The negative correlation of δD and groundwater temperature probably implies mixing of ancient and modern groundwater or isotope exchange reactions underground. Water-rock interaction and steam loss are deduced to have a profound impact on the values of δ 18 O and δD in a geothermal well in Tianzhen of 103℃. The results can be applied to geothermal development and earthquake monitoring.

根据水化学组分和氢、氧同位素数据,讨论了首都圈西部盆岭构造区断裂带地下热水的化学类型及其形成过程。结果显示,水样的TDS为225~1449 mg/L,δ 18 O和δD值分别为-12.42‰~-9.54‰,-90.8‰~-71.88‰。水的循环受盆岭构造区中的断裂和水头压力控制。Na-SO 4 型水主要出现在片麻岩和花岗岩裂隙中,由深循环过程中长石类矿物水解和硫化物的氧化作用形成。Na·Ca-HCO 3 型水主要分布在含泥质条带互层的碳酸盐岩储层中,受方解石和白云石溶解、泥质条带中的易溶盐淋滤作用和与粘土矿物的Na-Ca离子交换的控制。第四系砂砾石含水层热水水化学类型较复杂,有Ca·Mg-HCO 3 ,Na·Ca-HCO 3 ,Na-HCO 3 ,Na-HCO 3 ·SO 4 ·Cl,Na-HCO 3 ·Cl,Na-SO 4 ·Cl等,这可归因于含水层深度、断裂性质、沉积物粒度和岩性等因素。δ 18 O和δD指示地热水来源于大气降水。δD值随地下水温度升高而降低的特征可能由深层古水和浅层地下水的混合作用或是同位素交换反应导致。镇川堡103℃热水的δ 18 O和δD受水岩反应和蒸汽散失的共同作用。本研究对地热水开发和地震监测方面有一定应用价值。

... 1 引言地下流体组分和同位素组成的变化与地下应力和构造活动等有密切关系,能够灵敏地反映地壳的应力、应变状态及地震活动^[1~3] ...

... ^[3] ...

1988

0.0

... 因此,研究地下流体地球化学变化与地震的关系,在地震预测、震后趋势判断和地震预测方法研发方面具有重要意义^[4~9] ...

2002

0.0

2009

0.0

. 2009, 16(2):369-377

Application of environmental isotopes and tracer techniques to seismic subsurface fluids

环境同位素及其示踪技术在地震预测研究中的应用前景

Liu Yaowei , Ren Hongwei , Wang Bo.

刘耀伟, 任宏微, 王博

摘　要：随着新的观测技术和理论的快速发展，环境同位素示踪技术在分析与地震孕育、发生有关的地下水动态信息中有可能发挥重要作用。简单介绍了稳定同位素2^H、18^O以及放射性同位素3^H、14^C的特征与示踪技术，详细阐述前人应用环境同位素在地下水活动规律中所开展的研究，包括地下水的补给来源、地下热水的循环深度、水岩相互作用、地下水的年龄等，并重点分析了这种示踪技术在研究地下水对构造活动发生和对应力应变响应等方面的应用。积极推进环境同位素示踪技术的应用，对地下流体地震前兆信息的评估、地震活动性强度的判定、流体在孕震过程中作用的探讨，以及井孔映震效能的评价等方面的研究具有重要的意义。

2008

0.0

... 4地震前后,监测到温泉水中F^-浓度发生明显变化^[7] ...

... 4地震前后出现的温泉水中F^-浓度异常变化^[7],汶川M_S8 ...

2014

0.0

... ¹⁸O,Na,Si,Ca浓度均出现了明显的高值^[8] ...

2015

0.0

... 因此,研究地下流体地球化学变化与地震的关系,在地震预测、震后趋势判断和地震预测方法研发方面具有重要意义^[4~9] ...

... 此外,地震还导致新的喷气孔和温泉出现^[9] ...

2010

0.0

... 0地震前后温泉出现气体和离子浓度的明显变化^[10~12] ...

... 0地震前后川西温泉气体和离子浓度的异常变化^[10~12],2012年新疆新源M_S6 ...

2014

0.0

2014

0.0

... 0地震前后温泉出现气体和离子浓度的明显变化^[10~12] ...

... 0地震前后川西温泉气体和离子浓度的异常变化^[10~12],2012年新疆新源M_S6 ...

2014

0.0

. 2014, 34(3):97-107

Hydrogeochemical changes of mud volcanoes and springs in north Tianshan related to the June 30, 2012 Xinyuan M_S 6.6 earthquake

2012年6月30日新源M S 6.6地震前后北天山泥火山及温泉的水化学变化

Chen Zhi , Du Jianguo , Zhou Xiaocheng

陈志, 杜建国, 周晓成

... 4地震前后地球化学参数出现了显著变化^[13] ...

... 4地震前后北天山泥火山水化学参数出现了显著变化^[13] ...

2005

0.0

. 2005, 40(1):16-31 DOI:doi:10.3321/j.issn:0563-5020.2005.01.002

An approach to tectonic evolution and dynamics of the Songliao Basin

松辽盆地构造演化及成盆动力学探讨术

Hu Wangshui , L#cod#x000fc; Bingquan , Zhang Wenjun

胡望水, 吕炳全, 张文军

In the Songliao Basin, the extensional depression occurred from Late Jurassic, experienced a long process of strong—weak—stronger—strongest—weak—stop evolution, with the stronger extension in phase of the Shahezi Formation(J 3 sh )depositing, the strongest extension in period of the Quantou(K 1 q )and Qingshankou(K 1 qn )Formations depositing, and the extension stopped after the Nenjiang Formation(K 1 n )depositing. With the rifting and extensional depression stopped, the inversion occurred, and the differentiated depression experienced a long course of weak—strong—weak—stop evolution, with the strongest compression in period of the Sifangtai(K 2 s )and Mingshui(K 2 m )Formations depositing. The post-inversion tectonic strata were depressed by the differentiated rising in Pleistocene and Holocene. The growth-structure trellis of the basin consisted of four styles: 1)normal growth fault and its extensional structural combination, 2)growth syncline, growth anticline and T 2 normal growth fault, 3)positive inversion structure and growth structure, and 4)post-inversion growth syncline. The Songliao Basin could be divided into six units: the Southwest Rise, the Southeast Rise, the Northeast Rise, the North Plunge, the West Slope and the Central Depression. Based on the distribution and deformation of the inversion structures in the Songliao Basin, four zones of inversion structures were recognized, namely, the Deshu-Changchunling, the Wangkui- Renminzhen, the Daqing-Gudian and the Lindian-Honggang inversion structures. The extent of the inversion structures decreased from the east to the west. The basin evolution experencied 10 phases: initial rifting—fast depression, accelerated rifting—fast depression, deceleration rifting—slow depression, slow rifting—fast depression, accelerated rifting—accelerated depression, deceleration rifting—deceleration depression, rifting-depression termination—slow inversion, fast inversion—fast difference depression, slow inversion—slow differentiated depression, inversion—depression termination. The tectonic development resulted in the constitutions of the Late Jurassic extensional growth structure, the K 1 d ～K 1 y growth structure, the K 1 n inversion structure and K 2 ～K z post-inversion structure. 46% of the depositing accommodation space of the K 1 d ～K 1 y came from sediment compression, and other 54% from the long-term depression of the basin basement; 69% the depositing accommodation space of the K 1 n from sediment compression, and other 31% from the compression depression of the basin basement. The inversion structure resulted from the change of regional stress field in east China.

松辽盆地晚侏罗世以来的构造演化经历了10个阶段:缓慢裂陷和快速坳陷—加速裂陷和快速坳陷—减速裂陷和慢速坳陷—慢速裂陷和快速坳陷—加速裂陷和加速坳陷—减速裂陷和减速坳陷—裂陷、坳陷终止和缓慢反转—快速反转和快速差异坳陷—慢速反转和慢速差异坳陷—反转停止和坳陷终止。构造发育演化的结果形成了“下断中坳上隆顶平”的盆地结构。“中坳”部分沉积的可容纳空间,54%来源于盆地基底的长期伸展坳陷;“上隆”部分沉积的可容纳空间,31%来源于盆地基底的受压坳陷。构造作用的转换起因于东部区域应力场的转变。

... 泥岩,并夹有多层玄武岩、安山岩、流纹岩及凝灰岩^[14] ...

2012

0.0

. 2012, 27(4):1 337-1 349

The correlation of structure and earthquake in Songliao Basin

松辽盆地地震构造与地震活动相关性研究

Li Enze , Liu Cai , Zhang Lianghuai

李恩泽, 刘财, 张良怀

... 肇东断裂,3条断裂在第四纪均表现出一定的活动性,且区内中、强地震多沿3条断裂分布^[15] ...

2016

0.0

... 取样时将瓶子用井水冲洗3次后,直接装满水,排除顶空,避免空气对水样的影响,在2周内完成样品常规离子分析^[16] ...

2015

0.0

2014

0.0

. 2014, 25(3):336-347

Relationship between surface water and groundwater in the second Songhua River Basin

第二松花江流域地表水与地下水相互关系

Zhang Bing , Song Xianfang , Zhang Yinghua

张兵, 宋献方, 张应华

... 陶赖昭(TLZ)地区位于第二松花江断裂东部,主要受第二松花江水补给^[18] ...

2005

0.0

. 2005, 20(4):394-406

Hydrogeochemistry of rivers in Guizhou Province, China: Constraints on crustal weathering in Karst Terrain

贵州喀斯特地区河流的研究#cod#x02014;#cod#x02014;碳酸盐岩溶解控制的水文地球化学特征

Han Guilin , Liu Congqiang.

韩贵琳, 刘丛强

The State Laboratory of Environmental Geochemistry, Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guizhou 550002, China

Major ions and Sr2+ concentrations and Sr isotopic compositions of two major river systems were measured in Guizhou karst region. The chemical composition of these rivers in the karst region represents that of river water from the typical carbonate areas. Its hydrogeochemical characteristics are different from those of global major rivers: The river and its tributaries have high total dissolved solid concentrations, with Ca 2+ and HCO -3 being dominant, Ma 2+ and SO 2- 4 coming next. Both Na + +K + and Cl - +Si account for 5%~10% of the cations and anions, respectively. These rivers have high total concentration (TZ + ) ranging from 2.0 to 5.5 meq/L, which are significantly higher than those of the global river averge (TZ + =0.725meq/L). The chemical and isotopic compositions of these rivers are largely under controll by the geological signatures of their drainage areas. The Wujiang River system draining carbonate strata show high Sr 2+ concentrations(1.07~9.70) and lower 87 Sr/ 86 Sr ratios of 0.7077~0.7110, as compared with the Yuanjiang River system ( 87 Sr/ 86 Sr=0.7090~0.7145, Sr 2+ =0.39~1.32) draining detrital strata. The end-member identification by the intercorrelations between chemical and isotopic ratios shows three main sources, which are derived from weathering of limestone, dolomite and silicates. The Wujiang River system has characterized by low Na/Ca, Mg/Ca mole ratios (0.05~0.34 and 0.18~0.79, respectively), showing a strong influence of limestone, about 96% of solutes derived from the weathering of carbonate. On the other hand, the Yuanjiang river system show high Na/Ca mole ratio from 0.06~1.80, Mg/Ca from 0.23~1.30, suggestive of a strong influence of limestone and dolomite weathering, about 90% of solutes derived from the weathering of dolomite in the Wuyanghe river system and about 54% of solutes derived from the weathering of limestone in the Qingshuijiang river system.

测量了喀斯特地区乌江、沅江两大水系的河流枯水期的主元素、Sr 2+ 离子浓度和Sr同位素比值。这些河流的化学组成代表了流经碳酸盐岩地层的河水的化学组成。这些河流及其支流有高的溶解盐，TZ + 变化范围为：2.1～6.3 meq/L，高于全球河流的平均值(TZ + =0.725 meq/L)。河水含有较高的溶质浓度，河水水化学组成以Ca 2+ 和HCO -3 为主，其次为Mg 2+ 和SO 2- 4 ，Na + +K + 和Cl - +Si分别只占阳离子和阴离子组成的5%～10%。这些河流的化学和同位素组成主要受其自流盆地的地质特征控制。流经碳酸盐岩地层的乌江水系河流具有较高的Sr浓度（1.1～9.70 mol/L）和较低的 87 Sr/ 86 Sr比值（0.7077～0.7110），与流经碎屑岩地层的沅江水系的清水江河流中较高的 87 Sr/ 86 Sr比值（0.7090～0.7145）及较低的Sr浓度（0.28～1.32 mol/L）形成鲜明的对比。流域盆地的地理岩性控制了河水的化学组成和同位素组成。对河水的化学计量分析表明河水化学组成受碳酸盐岩溶解控制，而碳酸盐岩主要受碳酸和硫酸作用而溶解。乌江流域受硫酸作用特别明显，表明硫酸主要来源于燃煤或流域盆地硫化物矿物氧化而形成的大气输入。化学元素和同位素比值之间的相互关系表明3个主要来源为：石灰岩、白云岩和硅酸盐岩的风化。同时估计了碳酸盐岩和硅酸盐岩的化学风化速率，结果表明流域盆地的碳酸盐岩风化速率远远高于许多世界大河。岩石风化过程中硫酸的出现或土地的过度使用或土壤植被的退化等都可能是导致流域的碳酸盐岩风化速率如此高的原因。 

... 贵州喀斯特地区水文地球化学研究表明,河水中有人为活动产生的S O42-,N O3-以及Cl^-[19] ...

2017

0.0

. 2017, 32(3):307-318 DOI:doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2017.03.0307

The influence of allogenic water and sulfuric acid to karst carbon sink in karst subterranean river in Southern Hu#cod#x02019;nan

非岩溶水和硫酸参与溶蚀对湘南地区地下河流域岩溶碳汇通量的影响

Huang Qibo , Qin Xiaoqun , Liu Pengyu

黄奇波, 覃小群, 刘朋雨

摘　要：研究非岩溶水和硫酸参与溶蚀对地下河流域岩溶碳汇通量的影响，有助于提高岩石风化碳汇通量估算精度，对于推进地质作用与全球气候变化研究意义重大。选取湘南北江上游武水河流域内4条典型地下河为对象，通过水化学对比分析，揭示硅酸盐岩风化对流域地下水化学的重要影响。运用Galy方法计算流域非岩溶地层中的硅酸盐岩风化消耗大气／土壤CO2对岩石风化碳汇的重要贡献，并评价了H2SO4参与下碳汇通量的扣除比例。结果显示：①流域内有非岩溶地层的L01，L02地下河，Na^＋，K^＋和SiO2浓度明显高于纯碳酸盐L03和L04地下河，非岩溶地层中的硅酸盐的风化对地下河水中K^＋，Na^＋，SiO2浓度有一定贡献；②4条地下河的[Ca^2＋Mg^2＋]／[HCO3^-]当量比值为1．05～1．15，[Ca^2＋＋Mg^2＋]／[HCO3^-＋SO4^2-]的当量比值为0．99～1．08，Ca^2＋＋Mgn相对于HCO3^-过量，过量的Ca^2＋＋Mg^2＋与SO4^2-相平衡，证实硫酸参与流域碳酸盐岩的溶蚀；③L01和L02地下河岩石风化消耗的CO2通量中非岩溶地层中的硅酸盐风化消耗所占比例分别为3．36％和2．22％，而L03和L04地下河中硅酸盐风化消耗比例小于0．50％，表明有非岩溶地层存在的地下河流域，其岩石风化消耗的CO2通量中硅酸盐风化消耗占有一定比例；④在考虑硫酸参与碳酸盐岩溶蚀时，4条地下河的碳汇通量分别扣除4．84％，4．52％，6．20％和9．36％。

... 湖南非岩溶水和硫酸参与溶蚀不仅对地下河流域岩溶碳汇通量有影响,而且对水化学也有影响^[20] ...

2008

0.0

. 2008, 17(3):219-221 DOI:doi:10.3969/j.issn.1671-1947.2008.03.012

A preliminary study on the forming condition of the natural soda water in Baoquan town, Heilongjiang Province

黑龙江省克东县宝泉镇天然苏打水形成条件浅析

Tian Dayong , Cui Zhongyuan , Kong Qingxuan

田大勇, 崔仲元, 孔庆轩

依据克东县宝泉镇一带的地层、构造、水文地质条件及水文地球化学环境,论述了苏打水的赋存及形成条件,指出苏打水的形成是沉积作用、火山活动和断裂构造共同作用的结果.天然苏打水主要赋存于上白垩统嫩江组碎屑岩孔隙裂隙承压含水层中.受喜马拉雅期火山活动和断裂构造运动影响,上白垩统嫩汀组含水层在克东县二克山-尖山一带由封闭的还原环境转变为开放半开放的氧化环境,发生脱碳酸作用,致使HCO3-、Na+成为地下水化学成分中的主要离子,形成了天然苏打水.

... 0,表明盐岩(NaCl)并非是Na⁺的主要来源,该类型水应该归因于深部含水层中的二氧化碳分压(pCO₂)增高,铝硅酸盐矿物溶解形成了较高含量的HC O3-和Na^+[21] ...

2015

0.0

... 由于采样区位于油田附近,石油的3次采油过程中,作为表面活性剂大量注入到含油层的12甲基磺酸钠(C₁₂H₂₅SO₃Na)应该是Na⁺和S O42-的另一来源^[22~24] ...

1988

0.0

. 1988, 5(1):28-33

Petroleum sulfonate precipitation and redissolution in brine

石油磺酸盐在盐溶液中的沉淀与溶解

Tang Shanyu , Yang Chengzhi.

唐善彧, 杨承志

2004

0.0

. 2004, 5(6):14-19

Analysis on composition and structure of sodium petroleum sulfonate for EOR

三次采油用石油磺酸钠的组成和结构分析

Cheng Bin , Zhang Zhijun , Liang Chenghao.

程斌, 张志军, 梁成浩

1961

0.0

2012

0.0

. 2012, 33(9):2 924-2 931

Characteristics of stable isotopes in precipitation over northeast China and its water vapor sources

我国东北地区大气降水稳定同位素特征及其水汽来源

Li Xiaofei , Zhang Mingjun , Ma Qian

李小飞, 张明军, 马潜

2011

0.0

. 2011, 33(3):624-633 DOI:doi:http://ir.casnw.net/handle/362004/8223

Progress of research of stable isotope in precipitation in China:A review

我国大气降水中稳定同位素研究进展

Li Yaju , Zhang Mingjun , Wang Shengjie

李亚举, 张明军, 王圣杰

大气降水中稳定同位素的比率与降水产生过程中的气象条件密切相关，可以利用其时空分布特征来反演大气过程，示踪水汽来源，反映天气气候的区域性特征. 对影响我国大气降水中稳定同位素组成与分布进行了总结，探讨了影响降水中氢氧同位素的因素及空间变化特征，并分别介绍了我国青藏高原区、西北干旱区和东部季风区等地区近年来降水中稳定同位素的研究进展，并结合现有研究存在的问题对其前景进行了展望.

... 松原地区受季风气候影响,同位素组成控制因素较为复杂,且受季节影响变化较大^[27] ...