1 研究背景

历史上，中国台湾地区7级地震频次为3年1次，最长间隔不超过13年，而目前该区7级地震平静已超过15年。受地域限制，对该区地震活动预测当前仍主要依靠测震学方法。

流体地球化学是地震预测的潜在手段之一，近年来得到较为广泛的认可与运用（李营等，2022）。温泉与构造应力密切相关，温泉出露点也常是构造应力的灵敏反应点，地震孕育及发生过程可从相关区域的温泉地球化学动态中得以体现。目前，越来越多的研究表明，活动断裂带中的流体地球化学异常与构造活动和地震活动在时间、空间上存在内在联系。从全球尺度来看，气体强烈排放带与板块缝合带、火山带、地热带和地震带等有极高重合度（Tamburello et al，2018）。我国台湾地区地震（下文简称台湾地震）多发生在菲律宾海板块向欧亚大陆板块碰撞—俯冲的缝合带上，运用福建温泉带来的深部地球化学信息，分析其与台湾地震的相关性，有可能获得新的认识和进展。为此，2021年起，对福建地区温泉开展多期野外普查，在此基础上建立构造地球化学观测网进行地球化学观测与研究，以期利用温泉特性突破地域限制，丰富对台湾地震监测预测的手段，改善该区域地震预测主要依靠测震学的现状。

2 研究内容

地震的孕育和发生过程始终伴随着地下物质运移、能量传输和条件改变，从而导致流体中元素和同位素的迁移与演化，进而形成地表可观测到的流体地球化学异常（李营等，2022）。台湾地震多数为板块碰撞—俯冲引起，且多发生在板块碰撞—俯冲的缝合带及附近，还有可能伴随着地幔热流的上涌。地幔热流上涌过程可能是一个降温降压体积急剧膨胀的过程，也是一个巨大能量转换和释放的过程，这一过程可能会通过闽台的构造关联从而在福建温泉中捕捉到地震前后及发生过程中的相关物理、化学信息。

据此在掌握福建地区温泉分布规律基础上，分析其与构造及历史地震的相关性，进而研究福建地区温泉地球化学的区域特征，通过水样水质变化特点判断温泉水的水质类型、形成条件及循环深度；利用氦、氖、碳同位素、氢氧稳定同位素（²H和δ¹⁸O）提供的关键证据捕捉地壳深部及幔源等深源信息，判定流体来源；通过地球化学特征分析结果寻找福建地区构造应力敏感区域，布设流动地球化学观测点，并进行一定时间间隔的水质、水温观测及温泉气体浓度、氦、氖、碳同位素的观测，结合震例及构造解析，梳理敏感温泉点的地球化学异常特征，探讨台湾地震活动性与福建温泉地球化学异常变化的关系。

3 研究结果

（1）福建温泉地球化学基本特征。研究发现，福建温泉出露点与历史地震关系密切，地震多在温泉密集区附近发生，无温泉出露点区域则基本无地震发生。在福建省主要断裂带及其交汇部位，采集并分析沿线温泉的水样、气样，结果显示，因温泉所处构造位置及循环路径长短、埋深不同，流体地球化学组分变化范围较大。温泉水均来自大气降水，其δ¹⁸O和δD值均沿福建大气降水线分布。使用舒卡列夫分类法，可知福建温泉主要水质类型为Na-HCO₃·SO₄、Na-HCO₃的占72.53%，而长乐—诏安断裂带沿线（沿海一带）则多为海水温泉，其水化学类型多为Na-Cl、Na·Ca-Cl型。福建温泉优势热储温度区间为100 ℃—140 ℃，占比达76.3%；优势循环深度大于4 000 m的温泉占比68%，其中循环深度4 000—6 000 m的占比50.5%。根据温泉气氦、氖同位素观测结果计算，R值（³He/⁴He）界于0.143—2.49 Ra，结合碳同位素分析结果，可知福建温泉气具有壳幔混合源的特点，其中多个泉点的幔源贡献率大于10%，而且地幔热源比大于50%的温泉较多，携带的深部信息丰富。因此，福建温泉是地球化学研究的良好场所。

（2）福建温泉对台湾地震的映震特征。综合以上各项地球化学指标和地质构造调查结果，筛选多个相对深部信息来源丰富、热循环深度较深、地处构造交汇点、拐点等部位的温泉作为流动观测点开展水温、水质及气体观测。观测期间，我国台湾无7级及以上地震发生，≥6级地震5次，震中距298—614 km，流动观测点水温、水质及气体均出现异常变化，其特征表现为：①气体多表现为短临异常，且变化幅度较大，具体体现在，氦同位素比值³He/⁴He、氢气体积百分比及氢气浓度测值最高值均出现在临震前4—15天内。季测发现，如塔兜自冒泉气体流速在多次6级地震前15天左右出现较大幅度的上升、下降或震荡，震后恢复正常；自冒泉和自流钻孔氢气在2022年3月23日台东县海域M_S 6.6地震前13天出现成倍上升（图 1）。②水温表现为短临、短期异常，如济川水温在花莲海域M_S 6.4地震前2 h11 min突升2.4 ℃，在花莲海域M_S 6.2地震前出现震荡，震幅达1.8 ℃；漳州工人疗养院井水温在台东海域6.6级地震前1个月出现明显的高值异常，从2月24日的94.1 ℃上升为3月3日的101.3 ℃，震后缓慢恢复，维持在均值上方，随后于5月9日发生花莲海域M_S 6.2地震（图 2）。③水质离子亦表现为短期特征，震前2个月内，K⁺、Na⁺、Li⁺、F^-、Cl^-、SO₄^2-等及水溶性SiO₂，多次在多个温泉点出现高值异常或震荡（图 2）。

（3）构造解析。台湾地震一般是与板块运动有关的超大构造错动形成，发震区域主要在菲律宾海板块向欧亚大陆板块碰撞—俯冲的琉球俯冲带及海岸山脉、中央山脉，见图 3所示。

由2021年以来研究区发生的几次6级地震的发震构造及其运动性质可知，菲律宾海板块在琉球海沟向NW继续向欧亚大陆俯冲，在宜兰平原形成犄角，该处震源破裂以右旋运动为主；在台湾岛缝合带上发生的地震则表现为继续正面碰撞，震源破裂以逆断兼左旋运动为主。这些运动性质均反映出一个共同特点，即菲律宾海板块正持续不断向NW移动，2021年以来所发生的地震均属板块碰撞—俯冲成因。而符合板块运动特征的地震事件，一般具有较大影响范围和较远传播距离。福建的地质构造格局与台湾关联性强，是中生代、新生代以来，受太平洋板块、菲律宾海板块对欧亚大陆的碰撞、俯冲作用，发育的一系列与板块碰撞带大致平行的NNE—NE向构造带。这些构造带规模大、切割深，大多是超壳断裂。根据前人给出的剖面探测结果（马丽芳，2002），多处切割到下地壳莫霍面附近的壳幔混合物，且下地壳伴有多层熔融体。而且，这些深大断裂多为构造单元的分界线，有的断裂，如政和—海丰断裂带，甚至是福建东西2大块体的分界线，这些构造的有利因素为大规模温泉的形成、富集、出露提供了有利条件，也为深部流体的传输提供了最佳通道。一旦中国台湾发生大规模板块运动引起地震，就有可能在板块运动过程中将深部流体通过这些强构造关联提供的良好通道由温泉携带至地表，从而捕捉到震前及震后气体和水质的异常。这些异常可能因震前板块运动增强的程度不同或增强的构造部位不同，产生2种效果：①引起深部物质加速向上运移，导致气体含量骤增及水质发生改变；②引起构造通道受压变窄或闭锁，深部物质向上运移受阻，气体含量减小，同时水质发生改变。

4 结束语

福建地质构造格局和中国台湾地震特点，对于福建温泉发育及地球化学异常信息获取较为有利，有望为中国台湾地震提供较好的短临和短期时间预测指标。应用福建温泉异常指标对中国台湾地震进行相关性研究，可以丰富该区域地震前兆预测手段，提升前兆测项对中国台湾强震的预测效能，为今后闽台地震趋势判定提供新的依据和技术支撑，也可为华南地区震情跟踪提供新的示范性监测预测技术。