天山地区地震监测井（泉）水文地球化学特征
2023-09-03李娜高小其向阳
李娜 高小其 向阳
摘要：为研究天山地区地震监测井（泉）地下水化学特征，系统采集了20个天山断裂带地震监测点地下水化学样品，综合运用氢氧同位素、Gibbs图、离子比值、Piper三线图、Na-K-Mg三角图和舒卡列夫分类等方法探讨了监测点的水化学及水文地球化学特征。结果如下：（1） 天山地区地震监测井（泉）水中主导阳离子为Na+，阴离子分别为HCO-3、SO2-4和Cl-，TDS介于249.9～10 272.3 mg·L-1之間，多数为淡水。（2） δD、δ18O结果表明天山地区地震监测井（泉）水主要来源于大气降水。Gibbs图表明研究区监测点地下水元素主要受岩石溶滤控制，南天山和乌鲁木齐监测点地下水受到一定蒸发浓缩控制。离子比值显示碳酸盐和硫酸盐矿物溶解是控制地下水主要离子组分主要因素。（3） Na-K-Mg三角图表明天山地区地震监测井（泉）水多数为“部分平衡水”，部分为“未成熟水”，水—岩反应处于较为活跃的程度，有利于孕震信息的传递，适合作为地震监测点。
关键词：天山地区；地震监测井（泉）；水文地球化学；氢氧同位素；离子比值
doi：10.16256/j.issn.1001-8956.2023.01.004
地震的孕育与发生过程离不开流体的作用，流体的作用影响甚至控制着地震的发生地点、时间与强度等因素［1］。地下水是传递地球内部地质演变信息的重要载体。地下水的化学成分特点与区域地质环境及水文地质条件密切相关，其水化学组成的变化受诸多因素的影响，如水—岩反应、地震、人为活动等。因此加强断裂带地下水的研究对地震前兆异常分析尤为重要。地震活动可以改变地下应力应变状态，影响温泉的水动力条件和水岩反应程度，改变流体组分［2-4］。国内外大量研究发现温泉水文地球化学中的离子对地震有明显的响应［5-7］。在2002年9月16日冰岛北部Tj?rnes断裂带发生MS5.8地震前后，Claesson等［8］监测了冰岛北部地区的大气水，发现在震前10周大气水出现了水文地球化学变化，表现为Cu、Zn、Mn和Cr分别出现显著异常，震后2～9天，B、Ca、K、Li、Mo、Na、Rb、S、Si、Sr、Cl和SO4的浓度迅速增加了12%～19%，Na/Ca、δ18O和δD的浓度迅速降低。Skelton等［9］通过分析2008～2013年期间从冰岛北部的一个钻孔中提取的地下水的稳定同位素比率和溶解元素浓度，发现在2012年10月和2013年4月发生的两次MS5.0～5.9地震前，地下水中Na和Ca浓度都发生明显变化。2020年伽师MS6.4地震前，因干温泉及塔合曼温泉的常量及微量元素浓度出现超出平均值15%左右的正异常。乌什开布隆温泉在2020年于田MS6.4地震后出现明显的Cl-浓度升高异常［10-11］。
天山山脉作为欧亚大陆内部规模最大的再生造山带，是中国构造运动较强的地区之一，也是中国地震危险区之一［12-13］。天山地区地震地下流体监测点，均处于地质构造上，主要以天然泉、石油深井、深层断裂水等为观测对象［14］。在多年的观测中地下水出现多次异常现象。识别地下水异常的前提是明确地下水化学组成特点，但如果缺乏对断裂带地下流体的成因、赋予及构造之间关系的深入研究，对异常不能进行较好的认识与解释。因此，本研究对天山地区地震监测点进行水文地球化学背景分析，分析地下水的补给来源、补给高程、水—岩作用程度、元素控制因素等水文地球化学背景特征，以期为该区地下流体异常判定、震情跟踪及台网布设提供重要的基础资料与技术支撑。
1 研究区概况
天山地区具有十分复杂的地质演化历史，经历了多期不同方式的构造变动。现代天山山体总体形态为东西向延伸，全长约2 500 km，最宽处达400 km［15-17］。本研究区经度范围为72°～88°E，纬度范围为40°～47°N，位于新疆中西部，包括天山中段、北天山及南天山。研究所选取的20个流体监测点为新疆地震地下流体监测具有较好连续性以及一定监测预报效能的监测井（泉），主要分布于北天山西、乌鲁木齐及南天山地区（图1）。
北天山中段及西段地区有8个采样点。分别是构造上处于北天山山前拗陷带霍尔果斯背斜轴部沙湾县X26泉，准噶尔界山与博罗霍洛构造带的交汇部位的温泉县X30井，博尔塔拉隐伏断裂附近的博乐X32井，北天山山前拗陷带最北边的隐伏隆起带—艾东隆起的乌苏X33井，位于伊犁河谷北缘断裂带南部二条断裂带之间的伊犁YN1井、YN2井，伊犁特克斯喀拉托海乡的TKS泉，察布查尔县乌孙山脉北山前丘陵地带CX井。
乌鲁木齐地区有8个采样点。分别为温泉疗养院X04J井，水磨沟公园内的X04Q泉、X15泉。红雁池水库南缘的X09泉、X10Q泉、X10J井和X11井，西山大泉台X20井。
南天山地区有3个采样点，昆仑山地区1个采样点。库尔勒市西霍拉山南麓X43泉，柯坪断块的东北部乌什县X46井，伽师X55井，塔什库尔干县X60泉。
2 样品采集及测试
本研究数据来自2018年5～6月在天山南北断裂带上采集的20个地震监测井（泉）水样，均在采样后30 d内完成分析检测，共检测11种主量离子含量。
水样采集统一使用容量为60 ml的聚乙烯塑料瓶。采集水样前均需用所采水润洗取样瓶3～4次，从水样收集开始至封闭瓶口结束，需要始终保持采样瓶的瓶口完全浸没于水面以下，以最大程度防止所采水样受到空气影响。观测泉水的采集应尽量紧邻泉的源头，不宜离泉源头太远。观测井水采集需使用贝勒管辅助。
水化学离子测试和氢氧同位素测试均由国家自然灾害防治研究院（地壳动力学重点实验室）完成。Na+、K+、Mg2+、Ca2+、NH+4、F-、Cl-、SO2-4、NO-3的测定分析设备为ICS-2100离子色谱仪，检测依据为《地下水质检验方法》［18］，HCO-3采用稀硫酸-甲基橙滴定方法测定。δ18O和δD稳定同位素测定采用PICARRO L2130-I极高精度液态水同位素分析仪，测定结果相对于V-SMOW标准版的千分差表示。分析测试结果见表1～2。
3 结果与讨论
3.1 水化学离子特征
本研究的20个水样的井（泉）背景资料、离子组成分析结果等见表1～2。水样包括人工井水和天然泉水。对研究井（泉）水中常量元素进行离子平衡系数计算，除CX和X46J的阴阳离子相对误差为-14%，其余样品的阴阳离子相对误差均小于±5%。测得氢、氧同位素组成δD和δ18O值的范围分别是（-60）‰～（-105）‰和（-15）‰～（-3）‰。经计算，采样点地下水TDS变化范围为249.9～10 272.3 mg·L-1，其中察布查尔县CX井的TDS最低，X04J井、X04Q泉和X26泉的TDS较高。TDS是反映地下水水化学特征的重要指标，根据其值大小可将地下水划分［18］为淡水（TDS＜1 g·L-1），咸水（1＜TDS＜10 g·L-1）、盐水（10＜TDS＜100 g·L-1）、卤水（TDS＞100 g·L-1）。分析测试结果显示本研究的水样以淡水为主。
3.2 井（泉）水来源
δD与δ18O在降水中相关性很好，这种直线关系称为Craig线。大气降水线可以判断地下水的补给来源［19］，本研究中采用西北地区大气降水线［20］
δD=7.05δ18O-2.17 . （1）
并与全球大气降水线［21］
δD=8δ18O+10 . （2）
进行比较。天山断裂带地震监测井（泉）地下水的氢同位素组成在（-60）‰～（-105）‰范围内，平均值约为82.16‰，氧同位素组成的变化范围为（-15）‰～（-3）‰，平均值约为11.25‰（表2）。
各采样点地下水氢氧同位素组成基本分布西北地区大气降水线和全球大气降水线附近（图2），表明研究地震监测点井（泉）地下水均来源于大气降水。西北地区大气降水线相对全球大气降水线向右下偏移，这是因为西北地区远离海洋，气候干燥，大气降水有相当一部分来自于局部地区蒸发的水汽再循环。乌鲁木齐X04J井、温泉X30井、伊犁TKS泉、YN2井及CX井正好分布在西北地区大气降水线上，表明其地下水全部来源于大气降水；伊犁YN1井、乌鲁木齐X04Q泉、X10Q泉、X09泉、X10J井、X11井、X15泉、X20井、乌什X46井、沙湾X33井、库尔勒X43泉和塔什库尔干X60泉分布在西北地区及全球大气降水线左侧，井水或泉水中可能存在断裂带深层水混入或者冰川融雪水补给；伽师X55井、温泉X32井及沙湾X26泉分布在大气降水线下方，尤其沙湾X26泉出现氧漂移。大气降水在补给、径流和演化的过程中会因为蒸发作用而产生重同位素富集，并会和岩石發生水—岩反应，交换氧同位素，便会造成氧同位素漂移。X55井X32井的TDS分别为2.95 g·L-1，1.58 g·L-1，水质均属于淡水，水—岩反应作用不很强烈，应是X55井在伽师地区干旱气候、X32井在温泉半干旱气候背景下，强烈的蒸发作用使地下水的氧同位素发生一定的漂移。X26泉为一泥火山口，地下水夹带泥砂和大量天然气不停地喷出，TDS高达10.27 g·L-1，属于盐水，水质类型为Cl—Na型，反映其水—岩反应较为充分，很可能是地下水中氧同位素与周围岩石发生了交换而发生氧漂移。
大气降水氢氧同位素存在温度效应、纬度效应、高程效应、降水量效应和大陆效应和季节效应。本研究仅采集一期数据，无季节效应。根据δD值或者δ18O值与高程的关系计算地下水的补给区高程H，
H=（δG+δP）/k+h . （3）
式中，δG为采样点的δD（或δ18O）值，δP为取样点附近大气降水的δD（或δ18O）值，k为大气降δD（或δ18O）值的高低梯度（-δ/100 m），h为取样点井（泉）高程，单位是m。本计算k采用全球平均值（-0.25‰/100 m），大气降水氢氧同位素北天山及乌鲁木齐采样点采用乌鲁木齐大气降水同位素加权平均值（δD=-74‰、δ18O=-7.9‰），南天山井（泉）采用和田地区大气降水同位素加权平均值（δD=-41‰、δ18O=-6.1‰）［22-24］。
据此计算出的天山地区井（泉）点地下水的补给高程见表1，平均补给高程为1 097 m，除沙湾X26泉的补给高程小于泉点海拔外，其余井（泉）点的补给高程均相近或大于相应井（泉）点海拔。补给高程高于井（泉）点海拔，其地下水可能是由大气降水经过一段距离和高程的径流后补给。沙湾X26泉的补给高程小于泉点海拔，反映其泉水可能是来自于深层地下水的补给。
3.3 井（泉）水元素控制因素及来源分析
地下水中主要离子的控制因素一般分为蒸发和结晶、岩石风化、大气降水作用3种［25］。Gibbs图可以宏观地反映水中主要离子的控制因素。研究区内地下水TDS范围为249.9～10 272.3 mg·L-1，阳离子质量浓度比值Na+/（Na++Ca2+）范围为0.33～0.98，阴离子质量浓度比值Cl-/（Cl-+HCO-3）范围为0.01～1.0。图（3）可看出，北天山、乌鲁木齐及南天山地区采样点地下水均分布于岩石溶滤控制区和蒸发浓缩控制区，南天山地区采样点地下水主要受岩石溶滤作用控制，北天山和乌鲁木齐采样点主要受岩石溶滤作用影响，部分采样点受岩石溶滤和蒸发浓缩双重作用控制。有部分采样点地下水落在图外，这可能是阳离子交换作用所致。
水体中的离子主要来源大气降水、岩石分化及蒸发盐溶解及人为输入等，利用离子比值可以反推其来源［26］。以大气降水的Na+/Cl-值与海水相似，海水中Na+/Cl-值约为0.86。北天山、乌鲁木齐、南天山地区的Na+/Cl-平均值分别为3.02、1.19、1.67，均大于0.86，说明天山区域的Na+除来源大气降水，还有来自盐岩的风化作用。大多数点在1：1线的上方，平衡Na+和 K+的Cl-不足，多出的Na+和K+主要是来自岩石分化溶解（图4a），北天山和南天山地下水的（Mg2++Ca2+）/（HCO-3）比值大部分分布在1左右，且大部分大于1（图4b），说明北天山和南天山监测点地下水Mg2++Ca2+和HCO-3离子主要来源于碳酸盐矿物溶解。乌鲁木齐有半数监测点地下水的（Mg2++Ca2+）/（HCO-3）比值小于1，说明还有其他离子参与碳酸盐岩溶解过程。
考虑SO2-4参与地下水矿物溶解过程，天山区域内所有水样点均在（Mg2++Ca2+）/（HCO-3+SO2-4）=1线的附近，部分位于下方，需要Na+、K+等阳离子来平衡阴离子。说明天山监测点地下水中的Mg2+、Ca2+主要来源于碳酸盐矿物（方解石、白云石）和硫酸盐矿物（石膏）的溶解。北天山监测点地下水中主要阳离子Mg2++Ca2+与主要阴离子HCO-3+SO2-4的毫克当量浓度基本平衡，二者线性相关系数为0.889 6；乌鲁木齐监测点地下水中主要阳离子Mg2++Ca2+与主要阴离子HCO-3+SO2-4的毫克当量浓度不平衡，线性相关系数为0.602 6；南天山地区监测点地下水中主要阳离子Mg2++Ca2+與主要阴离子HCO-3+SO2-4的毫克当量浓度平衡，线性相关系数可达0.997 3（图4c）。表明在乌鲁木齐地区除了岩盐溶解作用还有其他作用在影响水中主要离子成分。
考虑主要阳离子（Na+、Mg2+、Ca2+）和主要阴离子（HCO-3、SO2-4、Cl-）毫克当量浓度平衡后，北天山、乌鲁木齐和南天山主要阳离子Na+、Mg2+、Ca2+和阴离子HCO-3、SO2-4、Cl-的毫克当量浓度平衡，线性相关系数分别为0.999 9、0.996 9、0.999 7（图4d）。对比地下水中Mg2++Ca2+与HCO-3+SO2-4关系和水中Na++Mg2++Ca2+和HCO-3+SO2-4+Cl-关系可知，碳酸盐和硫酸盐矿物溶解作用是控制天山地区监测点地下水主要离子组分的主要因素。
Piper三线图可以反映出地下水化学的主要离子组成及演化特征［27］。将本研究采样分析得出的20个井（泉）地下水水化学组成绘制Piper图（图5）。可以看出，在阳离子中，Na+和K+占主导地位，以Na+为主；阴离子中，X10J井、X11井、X20井、X46井、CX井、YN1井水样主要以碳酸盐和重碳酸盐为主；YN2井、TKS泉、X32井、X30井、X10Q泉、X09泉、X04Q泉、X15泉、X43泉、X55井和X60泉倾向于SO2-4端元；除了X04J井、X26泉和X33井采样点水样外，其余采样点水中的Cl-较少，HCO-3和SO2-4占主导地位，表明该地区地下水主要受碳酸盐岩和硫酸盐岩控制，溶滤作用尚未进行到末期阶段。
水化学类型与其所在地的地质构造、围岩组分、水动力和地热条件有关，可以反映当地岩性特点和水岩交互作用类型［18-19］。按照舒卡列夫分类，对各取样点地下水的水化学类型进行了划分。采样点水类型包括，HCO3-Cl-Na型（X20、YN1），HCO3-SO4-Na型（X11），HCO3-Na型（X46、X10J），SO4-Na型（X30），SO4-HCO3-Na型（YN2、X09、X04Q、X60），SO4-HCO3-Na-Ca 型（TKS），SO4-Cl-Na型（X32、X10Q、X43），SO4-Cl-Na-Ca型（X43），SO4-Na-Ca型（X15），SO4-Ca型（X55），Cl-Na型（X26、X33），Cl-SO4-Na 型（X04J）。
3.4 井（泉）水岩平衡状态
Na－K－Mg三角图最早由Giggenbach于1988年提出［28］，被用来评价水岩平衡状态和区分不同类型的地下水。由完全平衡线和部分平衡线把整个三角图分为完全平衡、部分平衡和未成熟水3个区。通过三角图解法来分析本研究区监测点地下水组份形态，从而判断水—岩化学平衡反应特征。由图6可见，大多数水样在Mg端元附近，YN1井、YN2井、X32井、CX井、TKS泉、X10Q泉、X15泉、X09泉、X10J井、X11井、X43泉、X46井和X55井表现为“未成熟水”，表明水—岩反应程度较强，尚未达到离子平衡状态，溶解作用仍在进行。X33井、X30井、X4J井、X20井、X04Q泉、X60泉表现为“部分平衡水”，表明其地下水补给来源同时有大气降水及深层地下水的混入，系统相对稳定，不易受到干扰。X26泉处在“部分平衡水”和“完全平衡水”的边界，表明其水—岩反应已较为充分，主要受深层地下水补给。大部分天山地区地震地下流体的监测井（泉）点地下水的水—岩反应适中。
水—岩反应程度可能影响着井（泉）孕震信息的响应能力。地震孕育信息主要是在水—岩强烈作用区域产生，适中的水—岩反应程度有利于传递出地震孕育过程中产生的水化学异常信息，从而有易于水化学观测资料出现完整的异常形态。水—岩反应已经平衡的完全平衡水，对于地震孕育信息的传递能力相对较弱，因此震中地下水观测测项较难出现完整水化学异常形态，但在临震阶段，由于岩石破裂及压溶作用增强，水—岩作用随之增强，因此可以表现出短临异常形态［29-30］。
3.5 水文地球化学变化与地震活动的关系
关于水文地球化学与地震活动关系的研究有不少成果［31-35］。研究人员在新疆南天山地区开展了温泉水文地球化学连续监测，进行温泉水化学变化与地震活动性关系的研究［10-11］。因干温泉的常量元素Na+、Cl-和SO2-4浓度在2020年伽师MS6.4地震前有4次明显的突增，幅度高于平均值的5%～11%。乌什开布隆温泉水中Na+和SO2-4在伽师MS6.4地震前均出现小幅度增大，Cl-浓度在于田MS6.4地震后突升，出现明显的异常。在于田MS6.4地震发生一个月之后，乌什开布隆温泉的离子浓度又恢复至背景值附近。离子浓度产生变化的原因可能是由于区域应力大幅度加载，断裂带裂隙中高浓度的流体进入温泉，使其泉水离子Na+、Cl-和SO2-4浓度发生变化。震后离子的浓度的恢复，可能是地震发生后，地区应力释放，该温泉水重建了离子平衡。
乌鲁木齐X10Q泉观測点为国家基本水化一类台，其流体参数的映震能力较好［32］，表现在多次对应近场中强地震，还具有一定的强震远场效应。距新10泉300 km范围内，曾发生1986年6月13日乌鲁木齐MS5.0地震、1990年10月25日乌苏MS5.2地震、1999年9月23日轮台MS5.1前，新10泉的甲烷、氦气、硫化物、氟离子、水氡和水汞测项分别出现过明显地震前兆异常。甚至在1996年3月19日至1998年8月27日的伽师强震群期间、1997年11月8日西藏玛尼MS7.5地震前X10Q泉硫化物、二氧化碳和氦气出现明显地震前兆异常。
从地质构造、水化学组成和同位素角度分析乌鲁木齐X10Q对地震较好的响应能力，可能有以下几个原因。X10Q构造上处于柳树沟—红雁池断裂带的西端，该断裂是在剪切力作用下形成的顺时针方向扭压性断裂，北盘有一系列次级断裂和拖曳褶曲。主断裂及其派生断裂的交汇部位富集地下水，一系列泉水沿断裂呈线状排列，X10泉为一个主要出口。X10泉所处构造应力易集中，受力后能够较快接收、传导和显示震源孕育过程及区域构造应力信息；从piper图可看出X10Q泉水中阳离子位于Na++K端，结合离子分析，其优势阳离子是Na+，阴离子较为均衡的分布于HCO-3、SO2-4和Cl-之间，靠近HCO-3、SO2-4端，水化学类型为SO4-Cl-Na，TDS为1.5 g·L-1属于咸水。Na-K-Mg三角图中X10Q表现为“未成熟水”，靠近“部分平衡水”，其水—岩反应程度趋于适中，溶解作用还在继续进行。X10Q泉水中溶解气浓度从高到低依次为氮气、二氧化碳、甲烷、氦气。大量的氮气主要源于浅层水，氦气来源于地层深处，说明泉中含有深层的地下水，故可认为X10Q泉水由来自不同含水层的地下水混合；X10Q泉水的氢氧同位素组成落在全球大气降水线下方，西北地区大气降水线左侧，可见泉水来源除大部分来自大气降水外，也存在来自不同水层的地下水混合。
综合以上，X10Q泉构造处于断裂应力易集中区域，泉水出露地表受到干扰少，水—岩反应程度强烈，泉水有来自不同深度含水层的地下水，较易反映出地震孕育信息，且X10Q泉站点观测项目丰富，这些特点都有利于提高X10Q流体测项的映震能力。
4 结 语
研究对天山地区的20个井泉地震监测点进行了采样，利用舒卡列夫分类、Piper图、Na-K-Mg三角图、Gibbs图、离子比值和氢氧同位素方法探讨了监测点的水化学及水文地球化学特征，初步得到以下结论：
（1） 天山断裂带地震监测地下水主要来源于大气降水，水化学类型主要有HCO3-Cl-Na、HCO3-Na、SO4-HCO3-Na、SO4-Cl-Na和Cl-Na。
（2） 研究区采样点地下水元素主要控制因素为岩石溶滤，碳酸盐岩和硫酸盐岩矿物溶解作用是控制地下水主要离子组分的主要因素。
（3） 水—岩反应平衡特征表明天山断裂带地震监测地下水水—岩反应仍在继续，易受到断层带活动的影响，适合做地震水化的观测点。
本研究仅有一期采样数据，为更准确掌握天山断裂带地震地下水化学成分的时空变化规律，为地震监测和预测提供翔实依据，有必要在不同季节对各监测点进行更密集的采样分析。
参考文献：
［1］ Tsunogai U，Wakita H.Precursory Chemical Changes in Groundwater：Kobe Earthquake，Japan［J］.Science，1995，269：61-63.
［2］ Grasby S E， Hutcheon L， Me Farland L. Surface-WaterGroundwater Interaction and the Influence of Ion Exchange Reactions on River Chemistry］J］.Geology， 1999， 27（3）：223-226.
［3］ Reddy D V， Nagabhushanam P. Groundwater Electrical Conductivity and Soil Radon Gas Monitoring for Earthquake Precursory Studies in Koyna， India［J］. Applied Geochemistry， 2011， 26（5） ：731-737.
［4］ 車用太，鱼金子.地壳流体对地震活动的影响与控制作用［J］.国际地震动态，2014，（8）：1-9.
［5］ 杜建国，仵柯，田孙凤霞.地震成因综述［J］.地学前缘，2018，25（4）：261-273.
［6］ Sun Y， Zhou X， Du J，et al.CO diffusive emission in the coseismic rupture zone of the Wenchuan MS8.0 earthquake ［J］．Geochemical journal GJ. 2020，54 （3）：91-104.
［7］ Griffin S，Horton T W，Oze C.Origin of warm springs in Banks Peninsula NewZealand［J］.Applied Geochemistry 2017，86：1-12.
［8］ Claesson， L. Skelton A，Graham C. et al. Hydrogeochemical changes before and after a major earthquake.［J］ Geology，2004，32： 641-644.
［9］ Skelton A， Andren M， Kristmannsdottir H， et al. Changes in groundwater chemistry before two consecutive earthquakes in Iceland［J］.Nature Geoscience， 2014，7（10）：752-756.
［10］颜玉聪，周晓成，李静超，等.2020年新疆于田MS6.4地震温泉水文地球化学异常特征研究［J］.地震，2021，41（2）：113-128.
［11］颜玉聪，周晓成，朱成英，等.2020年新疆伽师MS6.4地震前后伽师地区温泉水文地球化学特征［J］.地震研究，2022，45（2）：229-240.
［12］张培震，邓起东，杨晓平，等.天山的晚新生代构造变形及其地球动力学问题［J］.中国地震，1996，（2）：23-36.
［12］朱爽，时爽爽.天山地震带近期地壳形变分析及地震危险性评估［J］.地震研究，2018，41（3）：423-429+489.
［13］高小其，王道，许秋龙，等.对哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦两国地下流体资料的初步分析［J］.内陆地震，1999，13（3）：243-252.
［14］鄧起东，张培震，冉勇康，等.中国活动构造基本特征［J］.中国科学（D辑：地球科学），2002，（12）：1 020-1 030+1 057.
［15］杨主恩，张先康，赵瑞斌，等.天山中段的深浅构造特征［J］.地震地质，2005，27（1）：11-19.
［16］刘代芹， LIU Mian，王海涛，等.天山地震带境内外主要断层滑动速率和地震矩亏损分布特征研究［J］.地球物理学报，2016，59（5）：1 647-1 660.
［17］李学礼，孙占学，刘金辉.水文地球化学［M］北京：原子能出版社，2010 .
［18］张德会，赵仑山.地球化学［M］.北京：地质出版社. 2013.
［19］柳鉴容，宋献方，袁国富，等.西北地区大气降水δ～（18）O的特征及水汽来源［J］.地理学报，2008，（1）：12-22.
［20］Craig H. Isotopic variations in meteoric waters［J］．Science. 1961，133（3 465）：1 702-1 703.
［21］庞忠和.新疆水循环变化机理与水资源调蓄［J］.第四纪研究，2014，34（5）：907-917+906.
［22］Xing L N， Guo H M， Zhan， Y H. Groundwater hydrochemical characteristics and processes along flow paths in the North China Plain.［J］ Journal of Asian Earth Sciences， 2013，70-71，250-264.
［23］李捷，庞忠和，古丽波斯坦·吐逊江，等.北疆大气降水水汽源识别及其对地下水补给的指示意义［J］.科技导报，2016，34（18）：118-124.
［24］魏兴，周金龙，乃尉华，等.新疆喀什三角洲地下水化学特征及演化规律［J］.环境科学，2019，40（9）：4 042-4 051.
［25］张涛，蔡五田，李颖智，等.尼洋河流域水化学特征及其控制因素［J］.环境科学，2017，38（11）：4 537-4 545.
［26］王瑞久.三线图解及其水文地质解释［J］.工程勘察，1983，（6）：6-11.
［27］FOURNIER R O， PANG Zhonghe. Geothermometer： Analysis of Na-K-Mg relationship in geothermal water［J］. Foreign Geology（Beijing），1991，（5）：34-37.
［28］潘树新，高安泰.地下水年龄与泉点映震能力的关系及其在地震预报中应用的初步探讨［J］.西北地震学报，2001，23（2）：86-90.
［29］高小其，许秋龙，张学敏，等.乌鲁木齐10号泉流体综合观测及映震灵敏性初析［J］.内陆地震，2000，14（3）：243-251.
［30］胡小静，付虹，张翔，等.昭通地区流体观测井地下水地球化学特征［J］.地震研究，2020，43（4）：630-637.
［31］King C Y， Evans W C， Presser T，et al. Anomalous chemical changes in well waters and possible relation to earthquakes［J］.Geophysical Research Letters，2013，8：425-428.
［32］高小其，许秋龙.2003年2月14日新疆石河子5.0、5.4级地震地下流体前兆异常特征的分析［J］.内陆地震，2004，18（1）：64-71.
［33］崔勇，地里夏提·克优木.乌鲁木齐10号泉溶解气甲烷的3次长趋势异常变化的分析［J］.内陆地震，2004，18（4）：371-375.
［34］王云，赵慈平，刘峰等.小江断裂带及邻近地区温泉地球化学特征与地震活动关系研究［J］.地震研究，2014，37（2）：228-243+323.
［35］高小其，刘耀炜，蒋雨函.天山地区地下流体映震灵敏点水文地球化学特征［J］.地震地磁观测与研究，2021，42（2）：184-185.
HYDROGEOCHEMICAL CHARACTERISTICS OF SEISMIC
UNDERGROUND FLUID MONITORING WELLS
（SPRINGS） IN TIANSHAN AREA
LI Na1， GAO Xiao-qi2， XIANG Yang3
（1.Earthquake Agency of Xinjiang Uygur Autonomous Region，Urumqi 830011，Xinjiang，China;
2.National Institute of Natural Hazards，Beijing 100085， China;
3.China University of Mining and Technology， Beijing 100083， China）
Abstract： In order to study the groundwater chemical characteristics of seismic monitoring wells （springs） in Tianshan area， the groundwater chemical samples of 20 seismic monitoring points in Tianshan fault zone were systematically collected. The hydrochemical and hydrogeochemical characteristics of the monitoring points were discussed by means of hydrogen and oxygen isotopes， Gibbs diagram， ion ratio， Piper three-line diagram， Na-K-Mg triangle diagram and Shukalev classification. The results are as follows ： （1） The dominant cation in the water of seismic monitoring wells （springs） in Tianshan area is Na+， and the anions are HCO3-， SO2-4and Cl-， respectively. The TDS is between 249.9-10 272.3 mg·L-1， and most of them are freshwater. （2） The results of δD and δ18O indicate that the water in earthquake monitoring wells （springs） in Tianshan area is mainly from atmospheric precipitation. The Gibbs diagram shows that the groundwater elements in the monitoring points of the study area are mainly controlled by rock leaching， and the groundwater in the monitoring points of South Tianshan and Urumqi is controlled by evaporation and concentration. The ion ratio shows that the dissolution of carbonate and sulfate minerals is the main factor controlling the main ion components of groundwater. （3） The Na-K-Mg triangle diagram shows that the water of seismic monitoring wells （springs） in Tianshan area is mostly “partially balanced water”and “partly immature water”， reflecting that the water-rock reaction is in a more appropriate degree， which is conducive to the transmission of seismogenic information.
Key words： Earthquake monitoring; Seismic monitoring wells（springs）; Hydrogeochemistry; Hydrogen and oxygen isotope; Ion ratio
