地震孕育和发生过程中地壳应力状态的变化会引起地下流体的动态响应，获取流体的瞬时流动信息对于了解断裂带应力状态变化及地震危险性分析具有重要意义。由于地下流体运动伴随有热量传递，地壳应力状态变化引起的流体流动会造成地下不同深度上温度的改变。因此，井孔多深度温度连续观测在地震流体示踪中极具潜力，同时还可为探索地震流体响应机制提供帮助。

目前，通过温度数据获取地下流体运移特征的方法主要有周期性温度-时间序列和温度-深度剖面两种方法。然而，地温的日变和年变一般仅存在于地下30 m深度以浅，无法用于获取恒温带之下地下水的运动特征。温度-深度剖面方法一般通过单次或重复测温，仅可计算稳态的流速，在研究地震引起的流体动态响应问题时显然不适用。

在原有工作基础上(Liu et al., 2019, 2020; 卢丽莉等, 2021)，中国地震局地质研究所地震动力学国家重点实验室刘琼颖副研究员、陈顺云研究员和研究生周波针对上述问题，建立了一种利用多深度温度数据获取地下水垂向流速动态变化的数值方法。该方法不局限于近地表周期性温度波动，可用于深部的均匀或非均匀介质，对快速变化的流体流速具有较好的时间分辨率。通过三个理论模型及野外观测数据检验了该方法的有效性。相较于前人的方法，新方法可通过局部观测段的温度数据较为准确地识别出流速的瞬时变化，并且在较强的上升流及低流速变化时具有明显优势。

图1基于多深度温度-时间序列计算垂向地下水流速的方法示意图

图2 理论模型——深部介质

两个模型分别针对缓慢和快速的流体流速变化。(a, d) 初始温度剖面；(b, e) 计算中使用的多深度温度-时间序列；

(c, f) 新方法计算的地下水流速与理论值及前人方法计算结果的对比

图3 理论模型——近地表介质

(a) 计算中使用的多深度温度-时间序列；(b) 新方法计算的地下水流速与理论值及前人方法计算结果的对比

随着高精度多通道温度观测系统及分布式光纤等测温技术的发展，多深度温度连续观测有望为识别与地震有关的流体活动提供有效途径。未来，将多深度温度与多层位压力观测相结合，可为解析断裂带孔隙流体压力与渗透性变化提供帮助。

研究成果发表于国际权威学术期刊Journal of Hydrology（刘琼颖, 陈顺云, 周波, 2024. Estimating temporal patterns of vertical groundwater flux using multidepth temperature time series: A numerical method. Journal of Hydrology, 639, 131623）。研究受国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划子课题和中央公益性科研院所基本科研业务专项联合资助。

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1.     Liu Q Y, Chen S Y, Zhou B. Estimating temporal patterns of vertical groundwater flux using multidepth temperature time series: A numerical method. Journal of Hydrology, 2024, 639, 131623.

2.     Liu Q Y, Chen S Y, Chen L C, et al. Detection of groundwater flux changes in response to two large earthquakes using long-term bedrock temperature time series, Journal of Hydrology, 2020, 590, 125245.

3.     Liu Q Y, Chen S Y, Jiang L W, et al. Determining thermal diffusivity using near-surface periodic temperature variations and its implications for tracing groundwater movement at the eastern margin of the Tibetan Plateau, Hydrological Processes, 2019, 33(8), 1276-1286.

4.     卢丽莉, 陈顺云, 刘琼颖, 等. 利用基岩温度获取地下流体运移特征：以喀什地区为例, 地球物理学报, 2021, 64(12), 4594-4606.