0 引言

流体监测网是地震监测的重要组成部分，基于流体监测网可获得丰富的地下介质信息。地震发生后，基于地下水位、水温的同震响应，可反映在地震波作用下所产生的地下介质变形、地下水运移、空隙或裂隙流量变化等，同时对震后应力调整过程有一定指示意义（黄辅琼等，2000；廖丽霞等，2009）。我国地下流体观测在20世纪90年代起进行数字化升级改造，至今已积累大量数字化资料，为相关研究提供了详实的基础数据。如：陈大庆等（2007）基于印尼M_S 8.7大震中水位、水温的同震变化，建立气体脱逸模型，并探讨同震响应导致水温下降的机理；鱼金子等（2012）通过系统分析金沙江水网6口观测井水位、水温对日本M_S 9.0地震的同震响应，认为井水温度的同震响应形态多呈不对称的V或U字形，且各井水温升降幅度、持续时间不等，水温先期下降由井筒内上（冷）下（热）水混合作用引起的，后期上升为井水与围岩之间热传导引起吸热作用的结果；缪阿丽等（2014）分析江苏流体井网远震同震响应特征，并基于动水位、静水位讨论其机理；曹梦涵等（2022）归纳同震井水位变化类型，并总结了前人对水位变化机制的研究成果。

本文以2008—2022年发生的全球M_S 8.0以上、全国M_S 7.0以上22个地震事件，分析归纳江西省辖区内流体观测井水位、水温同震响应特征及震后形态，并结合观测井水文地质条件，探讨地震不同响应现象的机理。

1 江西流体观测井网概况

江西省位于欧亚大陆板块东南部，其南部地处东南沿海地震带，主要受河源—邵武断裂带与南岭纬向构造带控制；北部地处长江中下游地震带，主要受郯城—庐江断裂带和扬州—铜陵断裂带控制。

江西地下流体监测台网由7个地下流体观井组成，观测井点主要布设在断裂或附近地区，其中南昌井、九江井、上饶井和修水井位于赣北，赣州井、会昌井和寻乌井位于赣南，均设有水位和水温2种数字化观测手段，除会昌井为动水位观测，其他测井均为静水位观测。各井观测数据准确性较高、可用性较强。其中，九江地震台、会昌地震台、上饶地震台、赣州地震台水位、水温观测于2007年6月完成“十五”项目改造；寻乌地震台、修水地震台水位、水温观测为“十一五”背景场探测项目新增测项，分别于2013年9月、2014年4月建成投入观测；南昌地震台原流体观测井堵塞，水位、水温测项分别于2013年8月、2015年12月迁移至新井进行观测。

江西省流体观测井分布见图 1，数字化水位和水温观测井点基本参数见表 1。

2 水位和水温同震响应特征分析

对2008—2021年全球M_S≥8.0、中国M_S≥7.0地震进行统计，得到22个远大地震参数，结果见表 2。统计江西省流体观测井网对22个地震的同震响应特征，结果见表 3。由表 3可见，江西7个流体观测井对远大震的敏感程度不一致，水位、水温2个测项的响应频率也不一致，水位测项同震响应频率较高，并且同一口井对不同地震的响应形态基本相同，不同井对同一地震的响应形态有所区别。江西流体观测井网与其他省地震局水位、水温对远震响应的结果较为一致（郑江蓉等，2013；陈瑶等，2018）。

2.1 水位同震响应特征

由表 3可知，江西流体观测井水位对远大震的同震响应主要表现为阶跃型、震荡及持续型变化。

（1）阶跃型变化，即瞬时产生阶梯式的抬升或者下降，同一地震不同流体观测井或者不同地震同一观测井的水位均会呈上升或下降变化，且不同地震不同观测井的阶跃幅值并不一致。据相关研究（Matsumoto，1992；Roeloffs，1998；杨竹转等, 2005, 2007；杨从杰等，2009）表明，影响同震效应阶跃幅值的因素主要是震中距与震级，水位、水温同震变化幅度与地震震级大小成正相关，与震中距的对数成反相关关系，即水位、水温变化的幅值随震级的增大而增大，随震中距的增大而减小。

（2）振荡变化，也叫“水震波”，在地震波作用下水位快速来回波动，振荡持续时间不等，一般情况地震波经过过水位很快平静下来，恢复到原有的形态。江西水位井中九江井基本上地震响应都为振荡，南昌井和会昌井对大部分的地震响应也为振荡。振荡现象与观测仪器的采样率密切相关，一般需要仪器的采样率高于1 Hz，井水位对地震瑞利波最敏感（曹梦涵等，2022）。

（3）持续型变化，区别于瞬时阶跃变化，持续型变化水位变化时间较长，地震后几小时或者几天水位持续上升或者下降，寻乌井水位2次地震响应都为下降且均持续2天。

受篇幅所限，文中仅绘出2021年5月22日青海玛多M_S 7.4地震江西流体观测井网水位观测响应变化曲线，见图 2。

2.2 水温同震响应特征

江西流体观测井网水温同震响应以阶跃为主，且具有瞬时变化和持续变化2种特征，阶跃形态如下：①单方向上升或下降；②先下降再回升，曲线形态大体上呈V形或U形，且不同地震阶跃幅度不同。受篇幅所限，文中仅以2014年4月2日智利北部湾近海M_S 8.1地震为例，分析江西流体观测井网水温同震响应变化，结果见图 3，清晰可见水温同震响应变化特征。

以九江井为例，对比分析同井水温测项对不同地震的响应形态。文中以美国阿拉斯加以南海域M_S 8.1地震和四川汶川M_S 8.0地震为例，对比分析九江井对不同震中距震级相近地震的同震响应特征，结果见图 4。由图 4可见，在美国阿拉斯加以南海域M_S 8.1地震发生时，九江井水温呈下降—回升变化，直至恢复原观测值，变化幅度呈V形，持续约3 h，最大变化幅值约-0.000 5 ℃；在四川汶川M_S 8.0地震发生时，九江井水温呈瞬时上升状态，最大变化幅值约0.000 9 ℃，阶跃变化后持续高值。

2.3 水位、水温同震响应特征对比分析

对比分析江西流体观测井网同一观测井水位、水温2个测项对所统计地震的响应形态特征，可见主要表现为3种类型：①水位、水温变化特征相同，如美国阿拉斯加州以南海域M_S 8.1地震，会昌井水位、水温测项同震响应特征均表现为阶降—阶升；②水位、水温响应形态不同，如九江井水位以振荡变化为主，而水温以阶跃为主；③单测项独立响应，另一测项无异常变化，且水位测项响应频率高于水温测项。受篇幅所限，文中仅绘出2011年3月11日日本M_W 9.0地震江西流体观测井网水位、水温观测响应对比曲线，见图 5。

总体来看，江西流体观测井网水温测项地震响应弱于水位测项，且各观测井响应频率不一致，上饶、寻乌、修水井对远震的响应频次较低，可能与流体井的地质构造、水文环境、井深、套管等有关。

2.4 同震响应机理

与近震的静态应力场主导作用不同，水位测项对远震产生阶跃型变化主要是受地震波动态应力场影响的结果。而关于水温的同震响应机理，目前主要有气体逸出说（鱼金子等，1997；陈大庆等，2007）、冷水下渗说（刘耀炜等，2005）、热弥散说（石耀霖等，2007）3种解释。观测井孔地质构造、含水层、孔隙结构、补给过程等水地质文环境不同，且套管深度、探头位置、仪器精度等观测系统不同，造成不同流体观测井的同震响应现象不同。江西流体观测井水位、水温测项对不同地震的响应特征并不一致，可能是多种机理综合作用的结果（周红艳等，2012）。

3 结论

针对2008—2022年22个远大地震事件，对江西地区数字化地下流体观测井中水位、水温观测资料的同震响应特征进行分析探讨，得出以下结论：

（1）从对地震响应频率分析可知，不同流体井对地震的响应不同，九江井最为灵敏，南昌、会昌井次之；水温、水位测项对地震的响应也不一致，水位记震能力较强。

（2）水位、水温测项同震响应形态特征不同，水位以振荡为主，水温以阶跃为主，且同一口井对不同地震的响应形态基本相同，不受震源机制和方位的影响。

流体观测井水位、水温的同震变化过程复杂，是多种因素综合作用的结果。在今后研究中，可结合多种观测手段进行多学科交叉分析，如温度梯度、水化学分析、岩石力学参数试验等，进一步提高对同震响应机理的认识。