伊朗巴姆地区：地震与地下水变化

伊朗东南部的巴姆地区，2003年12月发生里氏6.5级地震，本研究调查了该区域地震对地下水的影响，研究选择30口井为样本采集点，分析水样中阴离子和阳离子的含量，以及电导率EC和固体溶解量TDS的大小。其中，所研究的阳离子包括钙离子、镁离子、钠离子、钾离子，阴离子包括碳酸氢根、硫酸根、氯离子、硝酸根等。分析的时间范围为2004年冬季到2006年春季，然后，研究人员再使用统计学上的T检验法，对地震前和地震后的情况进行了比较。研究发现，地下水中大多数的化学参数在地震后都增加了很多，这些参数的变化在地震后的第一年和2004年夏天达到最大。据估计，整个伊朗巴姆平原70-65.5％的水井，约相当于17.5 - 88.3％的水体受到影响。可以认为：地下水化学特征在地震发生后的波动主要是由于以下因素造成的：A）地震直接导致水位的变化；B）水温的变化导致更多的矿物质溶解；C）岩石层和地下承压水层中压力的改变；D）本地地下水与邻近含水层的混合。

1、介绍

地震可能会严重地影响地下水，地面层运动影响地下含水层的水质和水量。另一方面，地震可能会造成岩石中非常小的裂缝，从而导致物质微粒的电子与原子的分离，以及造成地下水体的移动，同时，地震会导致地下层的移动，造成水体污染。地震发生前后，有一些水文指标以及化学组成会发生改变，例如温度、气味、地下水和地表水的水位等。再例如，在地震以前，岩石中铀衰变会造成氡含量会增加。因此，当岩石发生裂缝，水流进入的时候，水流所运载的氡的含量就会增加，这可以视为地震前的先兆。同时，有很多报道表明，在很多地震之前，地下水的储量和水位会发生了较大变化，而且会发生喷泉的突然出现或者突然消失的现象。伊朗这次发生6.5级地震在其历史也是最强烈的。在地震之后的一年多，伊朗的巴姆地区余震不断。同时，也出现了诸如山体滑坡、泥石流等自然灾害。本研究重点是地震对巴姆地区地下水资源化学方面的影响。

2、研究方法

巴姆地震发生于伊朗东南部的Lut沙漠，研究区域的平均海拔为960米，总面积9927平方公里，其中平原面积4357平方公里。区域的气候类型为热带和干旱类型。平原由冲积沉积物组成，主要形成于第四纪地质时代，该区域的地理特征为北部和西南部广泛分布的火山地形，年平均降水量在60毫米左右，地下水主要是通过开挖深井和坎儿井的方式进行开采。在伊朗巴姆大地震发生之前，该区域大约有126个能够工作的坎儿井，其所提供的水源能够满足城市50%以上的水需求，其余的水需求由深井取水来满足。该区域的深井深度可达150米到200米之间。首先，鉴于区域的条件，由当地公司开挖的20口压力井被选择为研究对象，这些水井可以用来研究地下水水位变化情况和化学变化。这些水井位于平原的中部和东部，这些地下水大多数被用于农业灌溉。同样，另外还有10口水井被选择用于研究巴姆城市饮水供应的变化。这些水井位于平原西部，正好是震源位置和大裂缝的位置。现场调查和地形图表明，这些被选择的水井的位置具有代表性，能够代表平原的地下水特征。为了研究地震发生以后承压井的水质的变化，从2004年到2006年，对每口井每5天取样一次。所分析的参数包括：钾离子、钠离子、镁离子、钙离子、硫酸根离子、硝酸根离子和碳酸氢根离子，TH(总硬度)和总溶解度(TDS)。然后，这些值的最大、最小和均值都可以计算出来，比较这些数据在地震发生以后直到2006年各季节的不同，同时，直到2006年春季各季节的不同与2003年秋季的情况进行对比。然后，这些参数的最大值、最小值和平均值再与伊朗的饮用水标准进行比较，伊朗的饮用水标准是建立在在国际卫生组织(WHO)的基础之上的。同样的比较分析也被应用于农业水井，所有的实验都符合伊朗水与污水检验国家标准(APHA，1998)。然后，研究人员使用统计学上的SPSS软件和T检验，比较与2003年秋季地下水各参数的不同，就可以对比出地震发生前后地下水的变化。

3、结果

不同参数所代表的化学物质含量的变化，伊朗巴姆平原从东向西，不管是农业用水方面的，还是居民生活用水方面的，都呈现出一个消极和非可持续性的变化。结果表明，伊朗的巴姆区域的地下水中的阳离子和阴离子，在地震发生的前后都有着很多的变化。

以上的变化，都可以视为地震对地下水的影响。另外，地震后的余震增加了地下水的水位和地下水水质的波动，造成更多的矿物质溶解在地下水中。对比在巴姆平原和附近Baravat平原2003年秋季，与2004年冬季、春季、夏季和秋季的不同表明，很多参数有着值得考虑的增加，这些参数的增加情况在地震后的第一年和2004年夏季最为强烈。也即，平原各地不同的参数增加的范围为17.5%到88.3%。地下水水质的反复波动可以认为是地震后不断发生的余震造成的。据统计，伊朗巴姆主震发生以后的2003年12月到2004年的11月，伊朗巴姆地区发生大小余震93起。数据的统计研究和分析代表了不同参数的有意义的变化，例如阴离子和阳离子的不同含量，以及EC(电导度)和TDS(总溶解度)在2003年秋季(地震发生之前)和地震发生后直到2006年各季节的变化。从2006年以后，随着地震余震的减少，地下水水化学物质的变化和波动遵循自然状态。但是水资源仍然显示出短缺和负面变化的趋势，主要因为干旱、缺水、水资源的不当管理和土地的不合理使用造成的。为了发现地震对地下水水质的影响，尤其是对震源附近和地震裂缝附近的饮用水水质的变化，有一些参数，例如EC、TH和TDS需要在不同的季节进行考虑。另外，在主震地区和震源附近距离在10公里以外的水井，其化学其它参数在不同季节的表现也进行了分析。研究人员将地震附近水井的水质化学含量与伊朗的国家标准相比较，并没有发现任何化学物质超标。然而，地震发生前后，地下水化学物质确实有着一定程度的增加。研究人员对承压井的水质也进行了分析，以分析其是否适合农业灌溉。所选择的承压井大多数位于阿巴德市(Rostam Abad)附近，在平原的东北部，并且距离震源较远，结果表明，这些水井的水质有退化，从钠吸收率（SAR），电导率和总溶解度(TDS)的分析表明，这些井中的水不再适合农业灌溉了。这些退化的地下水化学特征表明，在平原的中部和东部发生了较大的地壳质量改变，造成有更多的矿物质溶解在地下水中，通常，地下水的水质变化认为与以下原因有关：A)地震引起的水位波动，地震造成不同地层之间的相互接触；B)地震造成的水温波动，以及更多的矿物质溶解；C)地震造成某些承压水水压的变化；D)地震造成的一个水体与邻近水体的混合。尽管降雨对地下水的水质影响是比较在的，但是在伊朗巴姆地震发生的前后，降雨很少，因此，地震前后，降雨对伊朗巴姆地区地下水水质的影响较小。

在地震后的第二年，当水质开始好转的时候，降水也明显地增加了(67.8毫米)，所以降水对水质的好的方面的影响不能忽视。在北爱尔兰2002年12月份Tjomes地震所造成的地理化学变化的调查表明，一些化学物质发生14%到19%的增加，这些物质包括钡离子、钙离子、钾离子、锂离子、钼离子、钠离子、铷离子、硫离子、硅离子、锶离子、氯离子和硫酸根离子等。1993年1月日本神户大地震以后的第九周，在地震震源附近的水井中，所观察到的氯离子和硫酸根离子明显增加了。这些结果和特征与伊朗巴姆地区的地震情况相似。在1999年9月台湾中部的地震研究表明，硫酸根和硝酸根离子的含量在1999年的3月到7月(地震前)稳步增加，地震前这两种离子的含量表现为增加，然而，地震以后，这两种离子的含量却表现为减少，其中，硫酸根和硝酸根离子分别减少了10%和20%，这是由于地震后地下水与地表水混合，地下水受到了稀释。