中国地震断裂带CO2观测研究现状
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中图分类号:

P315

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国家重点研发计划(2019YFC1509203)、中央级公益性科研院所基本科研业务专项(ZDJ2021-11)共同资助


Review of CO2 Observation and Research on Seismic Fault Zones in China
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    摘要:

    CO2气体可以反映地球深部活动信息,且被广泛应用于深部断层活动以及构造运动的研究。本文初步探讨了地下深源CO2的化学特性以及有机成因、变质成因和幔源成因三大形成机理,探求其来源判定方法。同时,基于气相色谱仪、CO2快速测定管和数字化CO2仪三种监测分析方法,分析了断裂带CO2观测研究的进展,简述了数据处理和异常识别方法。并通过具体震例,获得了断裂带CO2气体在地震前几个月至几天内出现的高出背景值数倍甚至数十倍的显著异常特征。最后,讨论了常见因素对断裂带逸出CO2的影响:CO2浓度主要受地下应力影响,与地下应力强度、气温呈正相关,与气压、降水呈负相关。

    Abstract:

    CO2 have long been recognized as indicators of deep Earth activity and are extensively used in the study of fault dynamics and tectonic movements. This article explores the chemical characteristics of deep-sourced CO2,examining the three primary formation mechanisms—organic origin,metamorphic origin,and mantle origin—and methods for determining their sources. The study concludes that CO2 in fault zones primarily originates from metamorphic and mantle sources. The paper reviews the progress of CO2 observation in fault zones through three monitoring techniques:gas chromatography,CO2 detector tubes,and digital CO2 analyzers. It also outlines data processing and anomaly detection methods used in these studies. By analyzing earthquake case studies,the research demonstrates that CO2 concentrations in fault zones can increase several times—often by a factor of ten or more—compared to background levels in the months or days preceding an earthquake. Finally,the study discusses the factors influencing CO2 release from fault zones. CO2 concentration is found to be positively correlated with underground stress intensity and temperature,while it is negatively correlated with atmospheric pressure and precipitation.

    参考文献
    车用太,鱼金子. 2006. 地震地下流体学. 北京: 气象出版社.
    陈家金. 2018. 基于长光程激光吸收光谱痕量气体及同位素探测技术研究. 博士学位论文. 合肥: 中国科学技术大学.
    戴金星. 1993. 天然气碳氢同位素特征和各类天然气鉴别. 天然气地球科学,4(2):1~40.
    戴金星. 1995. 中国含油气盆地的无机成因气及其气藏. 天然气工业,15(3):22~27.
    杜建国,刘丛强. 2003. 同位素地球化学在地震研究方面的作用. 地震,23(2):99~107.
    符泽宇,刘燕翔,李金,等. 2023. 唐山断裂带土壤断层气CO2浓度的映震效能. 地震地磁观测与研究,44(4):85~94.
    高静怀,汪文秉,朱光明,等. 1996. 地震资料处理中小波函数的选取研究. 地球物理学报,39(3):392~400.
    高清武,范树全. 1992. 夏垫断裂断层气在地震前的异常反映. 地震,12(6):73~76.
    高小其,王道,许秋龙,等. 2002. CO2快速测定方法的应用研究. 内陆地震,16(1):76~83.
    高小其,王海涛,赵建政,等. 2004. 地震危险区短临跟踪的一种有效观测手段——地下岩土气体CO2观测在新疆地区的应用. 华北地震科学,22(1):31~37.
    龚永俭,程立康,李越,等. 2014. 断层土壤气CO2含量快速测定法关键问题探讨. 华北地震科学,32(1):47~52.
    官致君,闻学泽,程万正. 2002. 断层气CO2测点选建及观测资料在四川绵竹、雅江地震前的反映. 四川地震,(4):22~27.
    官致君,闻学泽,程万正. 2003. 断层气CO2快速测定方法在四川地震预测中的应用. 地震研究,26(增刊):118~125.
    何德强,李亚芳,佘如昌,等. 2014. 2012年9月7日彝良5.7、5.6级地震的近场异常. 地震研究,37(1):1~8.
    孔令昌. 1996. 地下水中气体动态变化与地震的关系. 华北地震科学,14(1):64~71.
    李其林,王云,赵慈平,等. 2019. 云南省香格里拉市下给和天生桥温泉水化学和逸出气CO2释放特征变化. 地震研究,42(3):320~329.
    李营,陈志,胡乐,等. 2022. 流体地球化学进展及其在地震预测研究中的应用. 科学通报,67(13):1404~1420.
    李志鹏,刘仕锦. 2012. 四川康定龙头沟温泉CO2突降异常与地震活动关系. 地震地磁观测与研究,33(2):80~83.
    林依再. 2006. 长乐筹东CO2观测方法与地震前兆异常初探. 地震研究,29(1):30~34.
    林元武,刘五洲,王基华,等. 1998a. 张北-尚义地震现场CO2测量与震后趋势判断. 地震地质,20(2):117~121.
    林元武,王基华,高松升. 1998b. 断层气CO2测定新方法与张北-尚义6.2级地震预报. 地震,18(4):353~357.
    刘春国,晏锐,樊春燕,等. 2022. 我国地震地下流体监测现状分析及展望. 地震研究,45(2):161~172.
    刘飞,祁燕. 2020. 云南省红河地区断层气CO2观测及其与地震关系初探. 四川地震,(4):28~31.
    刘峰立,周晓成,李营,等. 2023. 鲜水河—小江断裂带土壤气地球化学特征. 地震研究,46(1):1~12.
    刘雷,杜建国,周晓成,等. 2012. 青海玉树 MS7.1 地震震后断层流体地球化学连续观测. 地球物理学进展,27(3):888~893.
    刘耀炜,任宏微,张磊,等. 2015. 鲁甸6.5级地震地下流体典型异常与前兆机理分析. 地震地质,37(1):307~318.
    马玉川,孙小龙,王博,等. 2014. 四川布拖土壤CO2多年释放特征及影响因素. 地震,34(4):30~39.
    荣建东. 1982. 地下流体与地震. 地震学刊,(4):69~70.
    上官志冠. 1995a. 地热流体溶解CO2总量参数的地震前兆特征. 科学通报,40(9):814~817.
    上官志冠. 1995b. 深源二氧化碳预报地震研究. 地震地质,17(3):214~217.
    上官志冠,高松升. 1990. 滇西地区二氧化碳的释放与地震. 地震学报,12(2):186~193.
    上官志冠,高松升,刘桂芬. 1992. 地热流体溶解二氧化碳总量观测方法. 地震,12(5):21~28.
    上官志冠,刘桂芬,高松升. 1993. 川滇块体边界断裂的CO2释放及其来源. 中国地震,9(2):146~153.
    石慧馨,蔡祖煌. 1980. 在我国发现的地震前地下流体异常的实例. 地震学报,2(4):425~429.
    司学芸,李英,姚琳. 2011. 固原硝口温泉CO2气体异常与映震效应. 地震地磁观测与研究,32(3):88~94.
    孙煜杰,彭澎,张荣杉,等. 2023. 江苏宿迁台断层气CO2浓度特征及影响因素分析. 四川地震,(2):18~22.
    王基华,林元武,高松升,等. 2000. 1998年怀来后郝窑断层气CO2变化特征分析. 西北地震学报,22(1):28~32.
    王云,赵慈平,冉华,等. 2015. 地壳流体CO2的释放与地震关系: 回顾与展望. 地震研究,38(1):119~130.
    王祯祥,燕志强. 2002. 乌海4.6级地震前断层气CO2异常特征分析. 华北地震科学,20(3):36~39.
    晏锐,田雷,王广才,等. 2018. 2008年汶川8.0级地震前地下流体异常回顾与统计特征分析. 地球物理学报,61(5):1907~1921.
    杨芬,王军. 2017. 2014年云南景谷6.6级强震前中短临异常特征和短临预测. 国际地震动态,(12):16~24.
    杨兴悦,王燕,闫万生. 2006. 武山22号井水氡中期异常与地震关系的探讨. 西北地震学报,28(4):379~380.
    杨伊娜,郝建淦,郑晓虹. 2022. 二氧化碳气体传感器的研究进展. 功能材料与器件学报,28(3):187~199.
    叶秀薇. 2004. 粤闽地区地下流体从属函数异常与地震关系的初步研究. 防灾减灾工程学报,24(2):195~201.
    殷世林. 2003. 断层逸出气CO2的有感小震前兆异常及预报意义. 防灾减灾工程学报,23(2):76~79.
    鱼金子,车用太,刘五洲. 1998. 地壳中的CO2及其释放与地震短临预测. 国际地震动态,(8):9~14.
    张立,申玻,官致君,等. 2007. 盐津地震流体前兆异常分析. 地震,27(2):121~129.
    张素欣,王吉易,郑云贞. 1998. 唐山地震前后水氡变化率动态图象的特征分析. 西北地震学报,20(3):23~27.
    张翔,付虹,罗睿洁. 2019. 滇西大理地区温泉溶解二氧化碳及碳同位素特征. 国际地震动态,(8):159~160.
    张占阳,周铭辉,高艳龙,等. 2022. 基于Pearson相关系数分析唐山台断层CO2浓度与地温相关性及其与地震的关系. 内陆地震,36(3):227~236.
    张昭栋,王宝银,高玉斌,等. 1989. 中国地下水潮汐的观测研究和分析. 地震学报,11(4):392~401.
    张志相,王江,张帆,等. 2022. 唐山地区断层土壤气体CO2连续观测台阵数据分析. 华北地震科学,40(4):69~76.
    赵洁,苏鹤军,周卫东,等. 2023. 西秦岭北缘断裂带断层土壤气观测分析. 高原地震,35(1):1~9.
    郑云贞,王吉易,张素欣. 1999. 大同地震水氡动态图像的前兆异常特征. 地震,19(1):90~96.
    朱成英,闫玮,麻荣,等. 2022. 2017年8月9日精河 MS6.6 地震宏观烈度及其余震分布的断层气体地球化学表征. 地震地质,44(5):1225~1239.
    左银辉,郑紫芸,邵大力,等. 2021. 二氧化碳成因、成藏主控因素及脱气模式研究综述. 科学技术与工程,21(29):12356~12367.
    Bonini M. 2022. Can coseismic static stress changes sustain postseismic degassing?. Geology,50(3):371~376.
    Camarda M,De Gregorio S,Di Martino R M R,et al. 2016. Temporal and spatial correlations between soil CO2 flux and crustal stress. J Geophys Res:Solid Earth,121(10):7071~7085.
    Chen Z,Li Y,Liu Z F,et al. 2019. Evidence of multiple sources of soil gas in the Tangshan fault zone,North China. Geofluids,2019:1945450.
    Cui Y J,Li Y,Si X Y,et al. 2019. Tectonic controls on near-surface variations in CH4 and CO2 concentrations along the northwestern margin of the Ordos Block,China. Geofluids,2019:7909483.
    Fu C C,Yang T F,Chen C H,et al. 2017. Spatial and temporal anomalies of soil gas in northern Taiwan and its tectonic and seismic implications. J Asian Earth Sci,149:64~77.
    Fu C C,Yang T F,Walia V,et al. 2005. Reconnaissance of soil gas composition over the buried fault and fracture zone in southern Taiwan. Geochem J,39(5):427~439.
    Gori F,Barberio M D. 2022. Hydrogeochemical changes before and during the 2019 Benevento seismic swarm in central-southern Italy. J Hydrol,604:127250.
    Gurrieri S,Liuzzo M,Giuffrida G,et al. 2021. The first observations of CO2 and CO2/SO2 degassing variations recorded at Mt. Etna during the 2018 eruptions followed by three strong earthquakes. Italian J Geosci,140(1):95~106.
    Huang N E,Shen Z,Long S R,et al. 1998. The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis. Proc Roy Soc A Math Phys Eng Scis,454(1971):903~995.
    Hutcheon I,Abercrombie H. 1990. Carbon dioxide in clastic rocks and silicate hydrolysis. Geology,18(6):541~544.
    Irwin W P,Barnes I. 1980. Tectonic relations of carbon dioxide discharges and earthquakes. J Geophys Res:Solid Earth,85(B6):3115~3121.
    Li X Y,Liu X P,Zeng X W,et al. 2023. Spatial variations of Rn and CO2 emissions in the Wuzhong-Lingwu region,northwest China. Front Earth Sci,11:1100039.
    Pierotti L,Botti F,D’Intinosante V,et al. 2015. Anomalous CO2 content in the Gallicano thermo-mineral spring(Serchio Valley,Italy)before the 21 June 2013,Alpi Apuane earthquake(M=5.2). Phys Chem Earth,Parts A/B/C,85~86:131~140.
    Sadovsky M A,Nersesov I L,Nigmatullaev S K,et al. 1972. The processes preceding strong earthquakes in some regions of Middle Asia. Tectonophysics,14(3~4):295~307.
    Sciarra A,Cantucci B,Coltorti M. 2017. Learning from soil gas change and isotopic signatures during 2012 Emilia seismic sequence. Sci Rep,7(1):14187.
    Sugisaki R,Ido M,Takeda H,et al. 1983. Origin of hydrogen and carbon dioxide in fault gases and its relation to fault activity. J Geol,91(3):239~258.
    Troll V R,Hilton D R,Jolis E M,et al. 2012. Crustal CO2 liberation during the 2006 eruption and earthquake events at Merapi volcano,Indonesia. Geophys Res Lett,39(11):L11302.
    Wei F X,Xu J D,Shangguan Z G,et al. 2016. Helium and carbon isotopes in the hot springs of Changbaishan Volcano,northeastern China:a material connection between Changbaishan Volcano and the west Pacific plate?. J Volcanol Geotherm Res,327:398~406.
    Weinlich F H,Gaždová R,Teschner M,et al. 2016. The October 2008 Novỳ Kostel earthquake swarm and its gas geochemical precursor. Geofluids,16(5):826~840.
    Xu J D,Liu G M,Wu J P,et al. 2012. Recent unrest of Changbaishan volcano,northeast China:a precursor of a future eruption?. Geophys Res Lett,39(16):L16305.
    Zhang M L,Guo Z F,Sano Y,et al. 2015. Stagnant subducted Pacific slab-derived CO2 emissions:insights into magma degassing at Changbaishan volcano,NE China. J Asian Earth Sci,106:49~63.
    Zhou H L,Su H J,Li C H,et al. 2023. Geochemical precursory characteristics of soil gas Rn,Hg,H2,and CO2 related to the 2019 Xiahe MS5.7 earthquake across the northern margin of West Qinling Fault zone,Central China. J Environ Radioact,264:107190.
    Zhou X C,Chen Z,Cui Y J. 2016. Environmental impact of CO2,Rn,Hg degassing from the rupture zones produced by Wenchuan MS8.0 earthquake in western Sichuan,China. Environ Geochem Health,38(5):1067~1082.
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彭莱,樊春燕,汪倩,蒋雨函,周启超,高小其.中国地震断裂带CO2观测研究现状[J].中国地震,2024,40(4):733-751

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  • 收稿日期:2023-11-22
  • 最后修改日期:2024-03-01
  • 在线发布日期: 2025-01-02
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