1 研究背景

对于震前地下流体出现的异常组分而言，不论是浅层还是深层地下流体，氢气均扮演了非常重要的角色（Zgonnik，2020），这主要是由于氢气本身地球化学性质所致，与其他幔源气体相比，氢气具有穿透力最强，扩散迁移速率较其他气体快的特征（车用太等，2015）。国内外开展的大量氢气观测实验研究表明，氢气是对地震前兆响应最为灵敏的气体，尤其在地震发生短临阶段，其敏感性与映震能力明显优于其他测项（柯云龙等，2018）。因此氢气作为可灵敏有效反映构造活动状态或指示区域应力场变化的地下流体介质，在地震监测工作中逐渐获得重视。

辽宁盘一井氢气测点位于NE向展布的郯庐断裂带（北段）与NW向展布的海城河隐伏断裂西延展带交汇部位，是一口地震地下流体专用观测深井。复杂的构造位置导致该测点对辽宁及周边地区地震响应敏感。盘一井氢气观测曾在1999年岫岩M_S 5.4地震与2020年唐山古冶M_S 5.1地震发生前出现了不同程度的异常变化（图 1）。历史震例表明，盘一井水氢气测项对辽南及环渤海地区应力场调整及地震活动反映灵敏，具较好的预报效能。

2 研究内容与结果

盘一井氢气自2018年3月改用GC-8600气相色谱仪进行气体浓度观测以来，除2020年4—7月氢气出现显著异常时段外（唐山古冶M_S 5.1地震震例），其余时段氢气检测值变化相对较为稳定。平时大部分时间测值低于气相色谱仪检测下限，导致氢气浓度为0 ppm，其于部分能检测出氢气值时段，测值基本保持在0—23 ppm范围波动。

将盘一井氢气2018年以来的测值波动变化与辽南营口地区的盖州青石岭震群活动进行对比分析，结果显示盘一井氢气每出现一定测值起伏波动变化，盖州青石岭震群均会对应一丛小震活动，二者具有较好对应关系及相关性（图 2）。将氢气出现波动时段起始时间与盖州青石岭震群小丛地震波动起始时间进行汇总分析（表 1）。图 2与表 1可以看出，7个盘一井氢气波动时段均对应了盖州青石岭小震活动，且除时段5即2020年5月盘一井氢气活动稍前于盖州青石岭小震活动外，其于6个时段青石岭震群活动均先于盘一井氢气浓度起伏变化。表明盘一井氢气对盖州青石岭震群小震活动反映敏感，能够有效指示小规模性构造活动或区域应力变化。对于时段5盘一井氢气浓度变化滞后于盖州青石岭震群小震活动，则是因为该时段氢气异常变化主要对应了2020年河北唐山古冶M_S 5.1地震，古冶M_S 5.1地震发生前，环渤海地区区域应力存在明显调整变化，造成氢气浓度出现显著异常，且时限早于青石岭震群活动。

对盘一井氢气可有效反映青石岭震群活动机理成因进行分析，二者在地质构造方面存在一定成因联系。海城河断裂为一隐伏断裂，断裂在下辽河平原区虽由于第四系覆盖，地表并未发现断层错断等地质地貌特征，但结合历史小震空间分布不难发现其有向NW延伸至辽西地区的明显特征。而盘一井测点恰位于海城河断裂NW向延展带上，1999年岫岩M_S 5.4地震发生前盘一井测点水氡、氢气、离子等多测项出现同步性显著异常变化，表明海城河隐伏断裂活动对该测点作用效果明显。盖州青石岭震群位于金州断裂北段（盖州北—鞍山南段），空间位置上近于海城河断裂与金州断裂互相错断的交会位置。辽南地区历史地震活动表明，海城河断裂与金州断裂是辽宁地区目前活动性最强活动断裂，二者相互作用，导致近年辽南地区中强地震及震群活动频发。青石岭震群小震活动能够反映出金州断裂北段构造活动变化，而断裂相互交错切割对构造活动造成的应力调整起到了有效的传递作用，氢气由于本身物理化学性质原因，导致其成为了青石岭震群活动的敏感指示剂。

3 结论

对盘一井氢气浓度变化与盖州青石岭震群小震活动进行对比分析，得到以下结论：

（1）盘一井氢气可以有效反映盖州青石岭震群小震活动，二者在时间发展上存在明显对应关系，且具有较好相关性。

（2）对盘一井氢气可有效反映青石岭震群活动得机理进行分析，研究结果表明，二者在地质构造方面存在紧密联系。金州断裂与海城河隐伏断裂强活动性及相互交错切割，对辽南地区构造活动造成的应力调整起到了有效传递作用，导致盘一井氢气成为了青石岭震群活动的敏感指示剂。