2008-05-12汶川地震发生以来，学者们对井水温度及其相关方面进行了大量研究，通过多层位井孔温度对比，讨论井水温度的动态变化规律，利用多次大地震前后水温台网数据分析井水温度对地震响应的特征以及井水温度固体潮的形成机制等^[1-2]。作者在前人研究基础上系统收集与分析我国地震地下流体观测网中井水温度2008年的年正常动态特征及5.12汶川地震震前、震时与震后井水温的异常变化，试图客观地评价井水温度的地震监测效能，探索进一步提升地震监测效能的新途径。

1 我国水温观测台网及井水温度观测概况

20世纪80年代我国成功研发了高精度数字化水温观测仪，利用该技术在云南等地建立了区域性台网，并在多次破坏性地震监测中发挥了重要作用^[3-4]。经过40多年的全国推广应用，我国建成了较系统的水温观测台网，至今已拥有超过400口观测井，其中向国家地震前兆台网部上报数据的观测井约有300口。

观测井深度从几十到几千米不等，千米以上的深井有42口，其中井深5 000 m以上的超深井有3口，井深100~500 m的中深井约占65%，井深500~1 000 m的约占15%，井深小于100 m的不足10%。观测含水层地下水的类型多为承压水，按含水层储水空隙类型划分，基岩(花岗岩、片麻岩、砂岩等)裂隙水约占40%，碳酸盐岩(灰岩、白云岩)喀斯特水约占24%，胶结与半胶结的沉积岩(中生代晚期与古近系砂岩、粉砂岩及凝灰岩等)孔隙-裂隙水占28%，松散的砂砾石孔隙水不足10%。260口井中水温与水位同井观测，约25口井中只进行水温观测，约6口井中观测地温(干井), 并有5口井开展了2~3个不同层位的水温多层位观测。

井中温度观测仪器的温度分辨力多为0.000 1 ℃，长期稳定性优于0.05 ℃/a，数据采样率为1次/min。这些仪器的正常运行率在95%以上，每年产出约15亿个温度分钟值数据。前人进行过不少分析与研究，但大多数是针对区域或局部事件的研究^[5-7]，缺乏全国层面的系统分析。

2 井水温度2008年动态特征

根据中国地震台网中心前兆数据库与部分市县台站提供的井水温数据，井水温度年动态可分为稳定型、漂移型、近似长周期型、大幅波动型、年周期型、跳变型等6种^[8]。笔者通过数据分析，将2008年井水温动态变化类型进一步分为平稳型(图 1(a))、趋势上升型(图 1(b))、趋势下降型(图 1(c))、有规律起伏型(图 1(d))、无规律起伏型(图 1(e))、复合型(图 1(f))等6种基本形态。

统计结果表明，趋势上升动态占30.51%；其次是有规律起伏型与无规律起伏型动态，分别占18.30%与15.25%；再次是趋势下降型与复合型动态，分别占13.20%与10.85%；平稳型动态较少，占9.15%。部分井水温年动态类型在汶川地震后发生变化，多数是由平稳型、趋势型动态变成起伏型动态(图 1(g))，但也有个别由起伏型动态变成趋势上升或平稳型动态(图 1(h))。

井水温度的年变幅多数为0.01~0.09℃，个别井水温 < 0.001℃。不同的年变幅度统计结果列于表 1。

井水温度的动态类型与特征，一定程度上受井水位变化的影响。据248口井的水位与水温动态关系分析，可分为完全正相关、完全负相关、多相关(局部不相关)、多不相关(局部相关)与不相关等5种情况。统计结果表明，井水温与井水位不相关的情况占34.68%，多不相关的情况占20.97%，完全正相关的情况仅占5.24%，完全负相关的情况占13.31%，多相关的情况占22.18%。另外我们还发现，在汶川地震后，二者相关关系存在变化的情况，如震前不相关、震后相关的占2.01%，而震前相关、震后不相关的占1.61%。

总之，井水温度的年动态特征是复杂多样的，这与观测井所在区域的气象水文背景、井-含水层系统的水文地质特征、水温传感器放置深度及其水温梯度特征等多种因素有关，具体有待进一步研究。

3 井水温度的潮汐特征

各种物理量的潮汐响应一般可视为该物理量对地壳应力应变响应能力的度量，因此在地震前兆观测中应受到重视。井水温度的潮汐响应在上世纪60年代即引起学者们的注意，我国上世纪80年代之后多有发现。在地球潮汐力作用下，孔隙压力变化进而导致井-含水层系统内水流状况发生变化，从而形成了井水温度潮汐效应。自流井水温固体潮主要是井水的热传导机制所致，而冷水源井水温固体潮效应与含水层有着密切的联系，井水温固体潮幅度与含水层进出水量有关，说明水温潮汐为水位潮汐的次生效应^[8]。

笔者对全国地热台网2008年井水温潮汐效应进行系统梳理，结果显示，有39口井存在井水温潮汐效应。对水温潮汐特征分析表明，水温随潮汐引力的变化而起伏，幅度多在n×10^-4~n×10^-3℃，个别可达n×10^-2℃。对其中21口井水温数据进行滤波和调和分析，获取主要分波组分并计算M₂波的潮汐因子及相位差等潮汐参数特征(表 2)。

由表 2可见，水温潮汐的主要组分为M₂波，M₂波的潮汐因子为(0.038~0.539)×10^-4℃/μGal，水温潮汐相对理论潮汐的时间滞后0~6 h。

据统计，有水温潮汐效应的井数远少于有水位潮汐的井数，前者约为后者的20%~30%，但有水温潮汐效应的井必然有水位潮汐效应，无一例外。进一步分析井水位与井水温的相关系数(C_L-T)、井水位与理论固体潮的相关系数(C_L-t)、井水温与理论固体潮汐的相关系数(C_T-t)发现，多数井中表现出C_L-t＞C_T-t＞C_L-T，水温与水位潮汐相关系数高达0.8以上，而且水温潮汐与水位潮汐的相位差为0或1 h，说明水温潮汐多起因于水位潮汐。部分井中水温与水位潮汐的相关系数低于0.5，相位差可达近20 h，分析有两种原因：一是井水位动态中存在多种干扰(含井水自流)；二是水温传感器放置位置导致井水位与水温的潮汐相位相反。

4 汶川地震前井水温度的异常变化

汶川地震发生于2008-05-12 14:28，震中位于四川省汶川县映秀镇与漩口镇交界(31.01°N，103.42°E)，震级为M_S8.0。地震发生在青藏高原东南部的龙门山山前断裂带，震源深度10~20 km，地震破裂带长度约300 km，地震破裂过程持续2 min，是一次特大地震。一般认为，这次地震的前兆异常很少；也有学者提出，汶川地震存在震前异常，但距离震中小于500 km的异常变化很少。为此，笔者在分析与研究全国范围井水温度正常背景动态的基础上，识别与提取了井水温度的震前异常。

笔者在参考前人异常识别的基础上另外增加了一些提取方法：1)对所有水温观测井的2008年数据进行滤波，去掉多数井中存在的趋势变化，从曲线上获得震前异常；2)分析2008年震前异常变化形态在其他无震活动时段是否也存在。经过调查分析，获取了最有可能与地震孕育与发生有关的异常变化。

经过上述较为严密的筛选，共提取出震前井水温度的异常变化14例，异常井及异常特征列于表 3。

异常井的基本特征如下：以100~500 m的中深井居多；观测含水层地下水类型多样，以结晶岩与砂岩裂隙水为主；异常井中水温传感器置深多在300 m以下，水温背景值多数为中等温度与冷水(＜40 ℃)，置放位置为正常水温梯度井段内。

综上所述，汶川地震前井水温度有一定异常，但异常井数量很少，其比例不到6%；异常井分布范围很广，一半在1 000 km以外出现；异常形态多样、异常幅度大小不等，但异常出现的时间多在发震前几至几十天，且地震多发生在异常转折或结束时。井震距104 km的四川德阳井水温异常有可能与孕震断裂带的活动有某种关系，但井水温度异常出现的条件复杂多样，尚难得到确定性的认识。

5 汶川地震井水温度的同震及震后变化特征

汶川地震前有水温同震响应的井共有125口。这些井的同震响应特征及其变化十分复杂，几乎没有相关性。地震时，在地震波作用下井水温度同震变化基本上有4种形态种类：振荡(起伏)类、脉冲类、阶变类与缓变类。大体上可划分为14种形态类型(表 4)。

同震引起的井水温变化幅度以n×10^-2℃与n×10^-3℃为主，各占48%与41%，变幅为n×10^-1℃者不足10%，而n×10^-4℃者仅有2口。

有井水温度同震响应的井，其水位也多有同震响应；但也发现有些井水温有同震响应，而井水位无同震响应，可能与自流井井水泄流削弱了井水位的潮汐响应能力有关。井水温同震响应的时间多滞后于井水位同震响应时间，且井水温的同震响应持续时间多较井水位的同震响应持续时间长。由此可见，井水温的同震响应多是井水位的同震响应引起的，但井水位的同震响应纯粹是源于力学与水动力学机制，力的作用(地震波作用)与水动力作用(井-含水层间出现的新的水动力平衡关系)结束后同震效应即结束，而井水温的同震响应机制除了受上述两个作用之外，还受井筒与围岩之间的热传导作用及井筒水上下震荡引起不同温度水的混合带来的热弥散作用的影响^[8-9]，而后两种作用都是缓慢的过程，震后变化持续时间往往较长。

6 结语

通过系统整理全国水温观测网2008年的正常动态以及汶川地震前后的变化，我们得到如下认识：

1) 在年时间尺度上，井水温度动态多呈规律性变化，可分为平稳型、趋势变化型(又可分上升与下降)、起伏型(又可分有规律起伏与无规律起伏)等3类、5种年动态及复合型动态，其中平稳型、趋势型与有规律起伏型共占72%，这类动态的识别与建立是利用井水温动态探索地震预测科学的基础。

2) 约20%的观测井可记录到井水温度的潮汐效应，日潮差多为n×10^-4~n×10^-3℃，个别可达n×10^-2℃。调和分析表明，主要分波组分是M₂波，其潮汐因子为(0.038~0.539)×10^-4℃/μGal，含水层为基岩裂隙水与喀斯特水，时相位差为0~6 h。这样的关系说明，井水温度对地壳应力应变的变化存在一定的反映能力。

3) 14口井中发现汶川地震前非环境干扰与仪器运行干扰等引起的井水温违背正常变化规律的异常变化，但这些井分布范围很广(井震距104~2 920 km)，形态多样，异常开始与发震时间间隔6 h~106 d，异常幅度n×10^-3~n×10^-1℃。由于观测方法所限，很难从异常现象中提取地震三要素所需的前兆异常信息，但50%的异常出现在井震距1 000 km以内，约60%的异常结束或转折时间同发震时间吻合，说明这些异常变化中仍隐含着一定的前兆信息。

4) 约50%的井中发现显著的汶川地震同震响应变化，反映了井水温度对地壳动力作用有较强的响应能力。同震响应多表现在几小时时间尺度上，但震后变化过程持续几小时到几个月不等，甚至到年底(约7.5个月)也没有结束；同震变化的幅度为n×10^-3~n×10^-2℃。

综上所述，无论从井水温的年动态还是潮汐响应、震前异常及震时与震后变化上看，井水温与井水位的变化密切相关，井水温度变化特征多为井水位变化的次生效应，这说明我国现有的地热台网并没有真正观测到地壳热状态的变化，而是主要观测了含水层中地下水补给与排泄条件的改变及含水层受力状态改变引起的井-含水层间水流运动带来的水热变化。因此，需对我国现有的水温台网进行改造与升级，观测可能与强震孕育和发生密切相关的大地热流场的变化及断层活动产生的摩擦热状态的变化，选择水位动态稳定的观测井，在水位观测层以下的深度段进行多层位水温观测，捕捉大地热流信息，选择在活动断裂带附近的井中观测断层活动引起的摩擦热信息。