腾冲火山区剧烈地热活动与地震流体变化分析
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第３１卷 增刊高原地震Ｖｏｌ３１Ｓｕｐｐ１２０１９年增刊ＰＬＡＴＥＡＵＥＡＲＴＨＱＵＡＫＥＲＥＳＥＡＲＣＨ２０１９
收稿日期:２０１９－０８－０１基金项目:云南省“十项”重点工程“滇南地震重点危险区地球化学剖面观测实验研究”、云南省地震局地震科学青年基金课题(课题编号:２０１５１０)和云南省地震局２０１７年度震情跟踪专项任务资助ꎮ作者简介:张立(１９６３— )ꎬ女ꎬ四川成都人ꎬ高级工程师ꎬ主要从事地震预报、地下流体前兆等研究ꎮ腾冲火山区剧烈地热活动与地震流体变化分析
张立ꎬ高文斐ꎬ苏有锦ꎬ孙自刚ꎬ段胜朝ꎬ曾庆堂
(云南省地震局ꎬ云南昆明 ６５０２２４)
摘要:对云南腾冲火山区剧烈地热活动及伴随的泉水发浑变色等宏观现象进行了现场调查及分析ꎮ
通过对水样、气样化学组分、水温变化、降雨、该地区水热爆炸记录及当地震例等资料进行对比分析ꎬ结
果表明腾冲剧烈地热活动ꎬ以及伴随的水发浑变色、流量增大、水温升高和喷水等宏观现象是该区域断
裂活动增强和地下幔源物质活动加剧ꎬ分析认为是地震活动性的宏观现象ꎮ关键词:地震流体宏观异常ꎻ腾冲ꎻ温泉ꎻ火山地热活动ꎻ地震相关性 中图分类号:Ｐ３１５.７２＋３ 文献标识码:Ａ 文章编号:１００５－５８６Ｘ(２０１９)增刊－０００５－０７
０ 引 言
在防震减灾工作中ꎬ如何识别地震前的地下
水宏观前兆异常是一个很复杂又很重要的问题ꎮ
大量的地震前兆活动可以表现出地下水的宏观异
常等现象ꎮ宏观异常现象通常是指人们在日常生
活中仅凭人类感官就能观察和感觉到的与正常现
象不同的一种自然现象ꎮ地震宏观异常现象在地
震发生前后出现ꎬ与地震的孕育、发生和发展有密
切关系ꎮ在地震前出现的宏观异常通常称为“前
兆”ꎬ在地震时发生的宏观异常叫做“同震效应”ꎬ
而在地震(主震)后出现的宏观异常又称之为“后
效”ꎬ对各种异常现象的调查研究有着不同的方
法和目的ꎮ在地震孕育过程中ꎬ地表通常会伴随
产生许多物理、化学变化ꎬ带出很多与地震孕育过
程相关的信息ꎬ这些变化与地下水的异常本质上
有着直接或间接的关系ꎮ本文主要针对腾冲火山
区地热温泉出现的地震宏观异常进行了科学的详
细调查研究ꎬ获得对此类现象的客观分析认识ꎮ１ 腾冲火山区地热变化
自２０１６年５月以来ꎬ云南腾冲火山区热海蛤蟆嘴附近发生剧烈地热活动现象ꎮ巨热泉水喷出
高达１ｍ以上水热爆炸(水热爆炸以下简称水
爆)ꎬ并喷冒白色水汽ꎮ其后ꎬ流量和汽量不断增
大ꎮ７月左右出现水色发浑ꎬ紧邻水爆点处出现
灰白色浑水冒出ꎬ几分钟后水量和汽量急剧增大
并伴有大量红色泥浆流出ꎬ水色变为红泥浆色ꎬ流
量在１.０Ｌ/ｓ左右ꎮ
回溯历史ꎬ自２０１５年底以来ꎬ腾冲火山区
热海分别于２０１５年底、２０１６年初和年中出现过３次水爆、冒浑水并伴随流量变化等显著异常现
象ꎮ保山市地震局和腾冲县地震局先后组织了多
次现场调查ꎬ均确认为地震宏观异常(表１)ꎮ
考虑到异常现象的显著性、复杂性ꎬ云南省地震
局成立了由省、市、县有关单位组成的联合调查
组ꎬ按照«地震前兆异常落实工作指南»[１]的要
求ꎬ于７月１８日、８月２１日先后对腾冲火山区
热海水发浑区域进行了现场踏勘调查ꎮ通过排查
环境干扰ꎬ取水样、气样进行相关水化学分析ꎬ
测量水温变化ꎬ结合腾冲地震台对热海温泉区地
球化学观测资料作分析ꎬ对该区域宏观异常发展
进行跟踪监视
ꎮ高 原 地 震第３１卷
表１ 腾冲火山区热海蛤蟆嘴附近宏观异常调查统计
序号调查时间异常现象简述及分析
１２０１５－１１－０２热海蛤蟆嘴附近发生“水爆”ꎮ蛤蟆嘴附近靠南的边坡上有一直径约２０ｃｍ的浑水出水口ꎬ并有灰白色泥浆水流出ꎬ同时ꎬ在距该出水口３ｍ左右的地方有一出水口出黑水ꎬ有较大流量(约０.５Ｌ/ｓ
)ꎮ
２２０１６－０２－１７１６日夜间热海蛤蟆嘴附近偏坡上发生“水爆”ꎮ水爆后ꎬ出现了一股热水ꎬ流量约１０Ｌ/ｓ左右ꎬ水温大约为９６.３℃左右ꎬ水色呈灰白色ꎮ
３２０１６－０５－０８热海蛤蟆嘴石栏杆旁冒出一个出水口ꎬ出水口直径大约在３０ｃｍ左右ꎬ流量约０.４Ｌ/ｓꎬ水色呈米汤色ꎮ该出水口往下２ｍ左右ꎬ２０１６年２月１７日曾发生过一次水爆ꎮ
４２０１６－０６－２７２６日１８:００点左右ꎬ热海蛤蟆嘴上方凉亭旁发生“水爆”ꎮ水爆口直径约１０ｃｍꎬ流量约０.６Ｌ/ｓꎬ水色呈灰白
色ꎬ水温９４.６℃ꎬ水从石阶下喷出高度约１ｍꎮ该水爆点２６日１６时左右冒出白色汽体ꎬ爆炸时间１８时左右ꎮ
５２０１６－０７－１０９日ꎬ热海蛤蟆嘴附近发生水色发浑现象ꎮ蛤蟆嘴附近霞客亭旁石板路拐角处于２０１６年６月２７日曾发生
过“水爆”ꎬ该点发生水爆后ꎬ流量和汽量不断增大ꎬ７月９日１４时左右ꎬ紧邻该水爆点３０ｃｍ处出现灰白色浑水冒出ꎬ几分钟后水量和汽量急剧增大并伴有大量红色泥浆流出ꎬ水色变为红泥浆色ꎬ流量１.０Ｌ/ｓ左右ꎮ
２ 腾冲火山区地热剧烈活动背景
腾冲是我国著名火山地区ꎬ地理位于缅甸弧
形构造带东缘及青藏高原东构造南延横断山脉西
侧ꎮ全区分布有火山６８座、散布有６４个地热活
动片区ꎬ温泉群多达８０余处ꎬ水温最高达９３３６℃ꎮ据统计ꎬ自２０世纪３０年代以来ꎬ共发
生了几十次５级以上地震ꎮ因此ꎬ腾冲火山地热
区是研究地震、火山、地热活动的天然实验场ꎮ
受印度板块和欧亚板块两大板块的碰撞与挤
压ꎬ腾冲地区地壳构造活动强烈ꎬ地热活动频繁ꎮ
腾冲地热主要岩层从上到下顺次分布比较明显ꎬ
从全新世冲积层开始ꎬ到中更新世玄武岩和早更
新世安山岩ꎬ以及上新世砾岩层ꎬ至白垩纪花岗岩
和元古代片麻岩及混合岩ꎬ基底为燕山期花岗
岩[２]ꎮ
２０世纪９０年代以来ꎬ火山区水热活动十分
剧烈ꎬ地热区内高温喷气孔、喷沸泉、间隙喷泉、沸
泉坑、冒气地面等遍及全区ꎬ水爆随时产生ꎮ热海
地热剧烈活动始于１９９３年ꎬ至２００３年ꎬ共发生较
大规模的爆炸喷发活动２０余次[３]ꎮ
１９９３年１月２６日至１９９５年９月ꎬ共记录到
８次活动ꎬ其中最大的１次是１９９４年５月１３日ꎬ
地点位于蛤蟆嘴下澡塘河河沿ꎬ喷出的水柱、泥浆
及沙石高达２０多米ꎮ
自１９９６年１１月起ꎬ水爆活动点发生转移ꎮ到１９９９年９月ꎬ记录有较大规模的水爆共７次ꎮ１９９９年６月７日ꎬ在西坡下发生了一次巨大的脉
冲式间隙喷发ꎬ喷发间隙时间为３ｓ到６０ｓ不等ꎬ
高温泥水喷柱达５ｍ多ꎬ最长连续喷发时间超过５ｍｉｎꎬ整个喷发活动持续约６ｈꎮ
１９９９年９月２０日ꎬ澡塘河南岸坡顶泉点附
近出现水热大爆炸ꎮ２００３年１月１日凌晨ꎬ再次
发生较大爆炸ꎬ形成了新的水爆泉点ꎮ２００１年１２
月１０日ꎬ狮子头下游３０余米澡塘河北岸悬崖上
再次发生大规模水爆ꎬ爆炸产生的高热水汽斜向
喷射出３０余米ꎬ该水爆区出现了一系列超高温温
泉ꎬ最高温度近１００℃ꎮ腾冲火山地热活动进入
大爆炸、大喷发阶段ꎮ
区内３个阶段爆炸生成泉点的逸出气体化学
和氦同位素组成显示ꎬ其幔源Ｈｅ的比例逐渐升
高ꎬ气体成分中微量气体Ｈｅ和ＣＨ４的含量明显
增加ꎬ有深层气体的化学组成特征ꎮ这些现象表
明腾冲热海水热大爆炸所释放的流体可能直接源
于深部热储层及构造的强烈活动ꎬ是观测构造活
动的良好窗口ꎮ
３ 地震地下流体异常分析
在热海蛤蟆嘴附近霞客亭水爆泉水发浑现
场ꎬ调查环境变化情况ꎬ未发现大型的工程施工作
业、民房建设、打井等干扰情况ꎮ调查组携带仪
器ꎬ现场测试水温、ＰＨ、电导率ꎬ同时采集水样和６增刊张立ꎬ等:腾冲火山区剧烈地热活动与地震流体变化分析
气样ꎬ测试水质常量组分及Ａｓ、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｈｇ
等微量元素组分含量ꎬ气样中ＣＨ４、ＣＯ２等气体组
分含量ꎬ做进一步分析ꎮ３.１ 水气样分析
３.１.１ 常量组分分析
表２为腾冲火山区热海大滚锅、荷花温泉及
叠水河冷泉基本情况及其水质常量组分测试结果(水爆点因水温较高未能取水)ꎮ由表可知ꎬ热海
大滚锅、荷花温泉水温为８５、８３℃ꎬ为高温温泉ꎬＰＨ值为８.８８、８.４ꎬ偏碱性ꎬ而叠水河冷泉水温
２２℃ꎬＰＨ值为６.２９ꎬ偏酸性ꎮ根据表２水化学数
据绘制３个泉点的Ｐｉｐｅｒ图及Ｎａ－Ｋ－Ｍｇ三角图(图１)ꎬ判断热海大滚锅和荷花温泉水化学类型
都为Ｎａ－ＨＣＯ３型ꎬ叠水河冷泉水化学类型则是Ｎａ－Ｇａ－Ｍｇ－ＨＣＯ３型ꎮ２个温泉水属于部分平衡水ꎬ冷泉水属于不成熟水ꎬ说明温泉热水循环较
深ꎬ循环时间长ꎬ同围岩水岩作用较充分ꎬ而冷泉
则是基岩裂隙水ꎮ离子组成的特征反映地下水深
循环和强交替的性质ꎮ
氢氧同位素结果ꎬ热海大滚锅、荷花温泉水的δ２Ｈ－δ１８Ｏ同位素分布在全球大气降水线富含
δ１８Ｏ同位素的一侧(图１)ꎬ由于水温在８５℃左
右ꎬ分析认为该２个温泉水存在着水岩相互作用ꎮ
叠水河冷泉水的δ２Ｈ－δ１８Ｏ同位素分布在全球大
气降水线上ꎬ说明泉水主要来源于大气降水或地
表水的混合ꎮ
热海蛤蟆嘴附近霞客亭水爆泉水温９３℃ꎬ与
大滚锅同处于热海高温温泉区ꎬ其温泉水化学组
成应与大滚锅相近ꎮ
表２ 热海大滚锅、荷花温泉及叠水河冷泉基本情况及其测试的水质常量组分
热海大滚锅荷花温泉叠水河冷泉纬度２４.９５°２５.０３°２５.０３°经度９８.４４°９８.５２°９８.４８°高程/ｍ１４０８.００１６５０００１５９０００温度/℃８５.００８３.００２２.００ｐｈ８.８８８.４０６.２９电导率/(μｓ/ｃｍ)６.７１８.６７４.６９Ｃａ２＋/(ｍｇ/Ｌ)２.５７４.２７１１１.５４Ｍｇ２＋/(ｍｇ/Ｌ)０.１７１.７４１０８.８４Ｎａ＋/(ｍｇ/Ｌ)４９４.４１６６６.０７８１１８.０４Ｋ＋/(ｍｇ/Ｌ)７８.８０４９.７０１９.３４Ｌｉ＋/(ｍｇ/Ｌ)５.２０２.１４０.３３ＨＣＯ－３/(ｍｇ/Ｌ)５４４.８０１２０６.３９１１１６.３５ＳＯ２－４/(ｍｇ/Ｌ)２４.０５２４.８７２.９６Ｃｌ－/(ｍｇ/Ｌ)４２９.８１３４７.３０６.４２Ｆ－/(ｍｇ/Ｌ)９.６０１２.０９０.６８ＮＯ－３/(ｍｇ/Ｌ)３.４００.４８０.３５水化学类型Ｎａ－ＨＣＯ３Ｎａ－ＨＣＯ３Ｎａ－Ｃａ－Ｍｇ－ＨＣＯ３
图１ 热海大滚锅、荷花温泉及叠水河冷泉水Ｐｉｐｅｒ图(ａ)、Ｎａ－Ｋ－Ｍｇ三角图(ｂ)及氢氧同位素图(ｃ)７
