地震预测研究所（李  营，陈  志）

流体地球化学是地质学与地球化学交叉形成的一门新兴学科，主要研究地球内部流体中元素（同位素）的分配和迁移、分散和富集。近年来，流体地球化学在地震活动观测和研究工作中发挥着越来越重要的作用，在确定地下物质来源、能量传输和地下条件等问题中发挥着不可替代的作用。

1.流体地球化学的映震属性

地球是一个富含流体的星球，其内部的流体总量大于地表江河湖海所有水体的总量，地球中的流体如同人体内的血液，是地球内部构造活动演化的能量之源（图1）。大量赋存于地球深部的流体在其形成与运移过程中，常因遭受地球内部剧烈的地球化学事件而发生极为复杂的化学变化，并在其化学特征方面保留相应信息。因此，地质作用释放流体的化学特征成为深刻了解地球内部物理、化学过程的重要信息源。深大活动断裂带既是地震集中发生的重要地带，又因其裂隙发育、流体运移相对通畅而成为地球内部各圈层气体集中脱气的重要地带。由此，活动构造带流体地球化学是区域构造活动分析和地震预测的灵敏指示剂。

图1 地球内部的流体

2.流体地球化学地震观测研究进展

上世纪70年代以来，流体地球化学分析、观测技术的飞速发展，给构造地球化学学科带来了新的机遇和挑战，世界上的多震国家对构造地球化学观测和研究极为重视。在全世界地震工作者的共同努力下，流体地球化学观测和研究的广度和深度均在不断增加。国际上大量的构造地球化学观测和研究表明，活动断裂带流体地球化学异常与构造及地震活动在时空上存在密切的内在联系。

图2 台湾地区构造地球化学观测及震例（Fu et al., 2017）

相比国外同行，我国虽然在构造地球化学领域起步较晚，但是我国在构造地球化学观测和研究方面，具有规模大、成果卓越的显著优势。比如，我国台湾在构造带流体地球化学方面就走在了世界的前沿，已建立完善的构造地球化学观测体系，并基于观测结果，在台湾近几年的几次中强地震前提出了有效预测意见（图2）。在我国大陆地区，中国地震局地震预测研究所及相关单位已在大型活动断裂带建立了多处构造地球化学观测体系，通过深井、近地表和卫星高光谱多尺度地球化学立体观测（图3），在构造地球化学异常成因机理和构造地球化学地震预测模型方面产出了大量的创新型研究成果。涉及的区域已基本覆盖大陆地震重点危险区，相关成果在大陆地震趋势研判及地震监视方案部署工作中发挥着举足轻重的作用（图4）。

图3 我国大陆地区多尺度构造地球化学立体观测体系示意图

图4 中国大陆地区已有地震流体地球化学观测研究覆盖区域

3.构造地球化学观测研究主要方法

3.1深井地球化学观测研究

目前我国的深井构造地球化学观测研究的主要对象为温泉，已有观测和研究的区域覆盖了川滇、天山、华北、东北和鄂尔多斯西缘等地区（图5）。主要通过野外流动采样的方式周期性采集温泉点的气样和水样（图6），经室内分析测试获取温泉点的元素地球化学和同位素地球化学观测值，并分析计算地震重点危险区活动断裂带不同段流体的深部物质来源及其贡献率，评估活动断裂带不同段断裂的切割深度及闭锁程度，捕捉活动断裂带深部流体地球化学地震前兆信息，探究深部流体在地震孕育和发生过程中的关键作用，并建立模型（图7）。

图5 我国大陆地区深井观测覆盖区域

图6 西藏地区温泉样品采集

图7 深部流体在地震孕育中的作用模型图

3.2浅层土壤气体地球化学观测研究

土壤气体地球化学观测主要对象为活动断裂带敏感区段的土壤逸出气体的通量、元素地球化学及同位素地球化学时空变化特征。我国大陆现有土壤气体地球化学观测区域基本已经覆盖大陆重点地震危险区（图8）。经过长达10余年的野外观测实践及积累，我国在土壤气体地球化学观测领域已取得了长足进展，形成了系统的野外跨断裂流动观测-固定井流动采样-连续站在线实时观测相结合的监测模式，可以实现有针对性的、主动的、密集的、多元化的综合观测（图9）。

图8 我国大陆地区土壤气体观测覆盖区域

图9 断裂带气体地球化学多元化综合观测

a：野外跨断裂流动观测；b：固定井流动采样；

c：固定井流动观测；d：连续站在线实时观测

首先，通过密集野外流动观测和样品采集测试，全面获取研究区深部物质贡献、气体地球化学场及其时空演化背景资料（图10），综合研究区区域地球物理、构造地质及气象学等相关成果，深入剖析活动断裂带气体地球化学异常成因机理（图11），给出观测区域未来的地震重点危险区段，并建立地震危险区段地震监测方法及指标体系，为下一步连续站建设及跟踪观测提供科技支撑（图12）。

图10华北地区土壤气体地球化学背景场特征

图11 活动断裂带气体地球化学异常成因机理

图12 川滇实验场区土壤气体连续观测站时序

3.3卫星高光谱气体地球化学观测和研究

卫星高光谱遥感技术为最近几年形成的特色地震气体地球化学观测工作。开展卫星高光谱气体地球化学观测和研究，充分发挥遥感不受地面条件限制的优势，为地震监测预报提供了新的监测方法和指标，丰富了地震前兆信息研究的参数。利用卫星高光谱数据分析汶川和芦山地震前后CH4和CO总量的时空变化特征发现，汶川和芦山地震前后，大量的CH4和CO气体沿龙门山断裂带由地球内部释放到大气中。时间上，汶川地震时，CH4和CO异常出现在临震及震后，而芦山地震时，异常出现在震前3个月；空间上，异常沿龙门山断裂带展布，最大值位于应力相对集中的区段：龙门山、鲜水河和则木河交汇处。结果为地震监测预报和进一步理解地震活动期间岩石圈和大气圈相互作用提供了重要参考

图13  2008年3-6月月平均CH4总量变化（单位： molecules/cm2）