地震孕育与发生过程中，经常会导致地下流体在物理和化学性质方面发生异常变化^[1]，故地震前后地下流体的各种异常现象被广泛报道^[2-3]。但是，并不是所有地下流体异常都与地震孕育过程的构造活动以及地震的发生有直接关系，更多的为干扰异常^[4-5]。多年的地下流体动态观测实践表明，引起异常变化的因素较多，比如大气降水、地表水补给与排泄、人类活动影响等等。近年来，随着地下流体观测手段的不断丰富和观测仪器的更新改造，为获取更丰富的地震异常信息提供了可能，但也存在较多的非地震因素影响，如何排除干扰，有效提取地震异常信息成为主要的科学问题之一^[6]。因此，异常出现后，开展全面、严谨的异常调查落实工作，识别并排除非构造因素干扰，提取异常与构造活动关联的信息是地震预报工作一个重要组成部分^[7]。

石埠井是广西地下流体观测预报效能较好的观测井。2019年8月4日后，该井先后出现井水冒顶和翻花冒泡、水位观测日变幅增大、观测站内多处现灰白色絮状物等异常现象。2019年11月25日广西靖西发生5.2级地震，震中距石埠井约157 km。因此，通过异常核实，分析研究“石埠井最近出现的异常是何性质”、“异常的出现与靖西5.2级地震是否存在关联”等问题，对桂西乃至华南地区震情跟踪以及地震形势研判均具有重要意义。

南宁石埠地下水观测站，位于南宁市西乡塘区石埠街道办附近（108.18°E，22.82°N），高程83.0 m，水位埋深约0.2 m。台站位于缓土坡上，四周均为稻田，东面距邕江0.9 km，无明显干扰源。井孔深324.9 m，4次变径，全井套管，含水层为寒武系基底及下第三系泥质砂岩、粉砂岩、泥岩，观测段227.3～324.9 m，井口浅部有水泥固井，滤管下至寒武系基底。

南宁石埠井自1988年10月1日开始观测。截至目前，已积累30多年的观测数据，数据相对连续、平稳，具有夏高冬低的准年变动态，日常观测主要受降雨及邕江水位变化的影响，水位埋深约0.2 m。目前主要开展静水位和水温观测，同时观测气象三要素，仪器分别采用SWY-Ⅱ水位仪、SZW-Ⅱ水温仪和RTP-Ⅱ仪气象三要素观测仪。2019年6月后，井水在强降雨等气象因素影响下，偶尔会出现冒顶。

南宁石埠井地处南宁盆地西部边缘，位于NE向桂林-南宁断裂带和NW向百色-合浦断裂带的交汇部位。地层主要有寒武系、第三系和第四系，其中第三系为含煤系地层。区域断裂构造较发育，主要有近EW-NEE、NE、NW向3组，异常点附近为NE-NEE向的心圩-韦村断裂。该断裂沿南宁盆地北缘向西经团腾道班、那远、苏村、峙村、往西南隐伏至老口圩一带，切割了寒武系、泥盆系、古近系和第四纪砾石层，是南宁盆地的边界断裂，控制了盆地沉积^[8]（图1）。

图  1  南宁地区地震地质构造近场图

南宁地区是一个NEE-SWW向的向斜构造盆地，盆地四周为下泥盆统和寒武系碎屑岩组成的低山丘陵。区内蕴藏着丰富的地下水资源，有充足的大气降水及地表水的补给来源，有良好的赋存运移和补给排泄的地质地貌条件。盆地新第三系含层间孔隙裂隙水，第四系砂砾岩含孔隙水。本区地下水大部分无色、无味、无嗅，透明或半透明。地下水中阴离子主要有：HCO₃⁻、HCO₃⁻·Cl⁻、SO₄²⁻、SO₄²⁻·Cl⁻、Cl⁻，阳离子主要有：Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺。石埠井孔处在南宁盆地西南角，多为硅质岩，构造裂隙发育，岩石风化严重。观测台站周围地形较缓，山脚洪积、坡积层较厚，既有接受降雨补给的间隙，又有一定的滞水条件，地表水和地下潜水从西向东往邕江排泄^[9]（图2）。

图  2  南宁地区水文地质图

南宁地区位于北回归线以南，属湿润的亚热带季风气候，阳光充足，雨量充沛，霜少无雪，气候温和，夏长冬短，年平均气温在21.6 ℃左右。常年雨量在1 304 mm左右，降雨集中在夏季，平均相对湿度为79%，干湿季节分明，气压约为1 000 hPa。

石埠井位于南宁市西南角，邕江自西向东呈U字形将其三面包围。邕江老口大坝在其西面约6.5 km处，邕宁水利枢纽牛湾大坝在其东面约36 km处，与邕江最近距离仅0.9 km（图3）。

图  3  南宁石埠观测站与邕江水系关系

2019年8月4日以来，石埠井先后出现井水冒顶和翻花冒泡、水位观测日变幅增大、观测站内多处现灰白色絮状物等多项异常现象，主要特征如下：

1）井水持续冒顶。2019年8月4日，井水再次溢出井口。与以往不同的是，此次溢出至2020年9月底未恢复。

2）井水翻花冒泡。在井水溢出井口期间，2019年8月28日发现井内有少量气泡冒出，冒出速率约1次/分钟。2019年11月22日，气泡增多，但冒出速度较为缓慢。2019年12月12日，气泡明显增多，且速度较快，水呈淡黄色，水质苦涩略带腥味，但未闻到刺鼻异味。至2020年9月30日，井内翻花冒泡现象仍在持续。

3）水位日变幅持续增大。2019年9月20日以后，水位日变幅呈逐渐增大趋势，由原来的0.004 m增至0.020 m左右。

4）观测房内现灰白色絮状物。2019年12月12日始，溢出井水流经的井壁、观测房土质地面和水泥墩上均出现灰白色絮状物。

南宁石埠井水位有较好的映震能力，1988年11月6日云南澜沧-耿马7.6级、7.2级地震和1988年11月10日广西北部湾5.0级地震前，该井均出现过类似的井水翻花冒泡、水位上升溢出等异常现象^[10]。由于此次异常现象较多、持续时间较长，初步分析认为：如果此次现象属地震宏、微观异常，应该与南宁盆地北缘的心圩-韦村断裂及盆地西南缘的老桥断裂、竹洲-那敏断裂的活动有关，需要分析区域范围内沿断裂展布各观测井水的地球化学特征是否呈线状分布；如果为环境干扰，主要分析是否与观测仪器故障、井孔破裂、邕江水位入侵以及气象因素影响有关。这就需要通过井下电视查看井孔有无破损，通过对比观测检测仪器是否故障，了解邕江水位的变化和区域降雨情况。此外，还需通过石埠井溢出气体测试以及对比分析周边水系、水体水质化验结果，判断它们之间是否与地热活动有关或存在补给关系。

通过对台站内部供电系统、仪器主机、井口装置及其辅助线缆设备等设施逐一检查后，没有发现异常。2019年9月20日后观测曲线出现较大的日变幅，为确定观测数据是否准确，安装了另一套同类型水位仪与旧水位仪同步观测，经过一段时间的对比后，2020年3月29日开始采用新仪器数据。连续观测结果显示：2019年8月4日前水位观测正常，固体潮日变清晰；2019年8月4日后井水溢出井口，水位几乎呈直线变化；2019年9月28日～2020年3月28日井水虽溢出井口，但日变幅明显增大，变幅约为原来的4倍；2020年3月29日接入新仪器数据后，曲线恢复近于直线的变化，与旧仪器未出现大幅波动前记录到的变化曲线相对一致（图4）。分析认为，既然井水已冒顶，理论上水位不应出现较大幅度波动，井水溢出后日变幅增大现象缘于原水位仪传感器故障。

图  4  新、旧水位仪对比观测

通过井下电视查看发现，在井下约21 m处存在可疑的井壁破裂点，且在21 m以上的水体中可看到大量气泡上涌，而在此深度以下气泡密集程度逐渐降低并消失。分析认为，井水翻花冒泡现象是在水压的驱动下，围岩孔隙压力增大并且通过井孔中井壁的缝隙、孔洞挤入井中而形成的^[11]（图5）。

图  5  井下电视探测图像

井水于2019年2月17日17时第一次出现冒顶现象，此后分别在3月、4月、6月、7月共162个时间点受强降雨影响而间歇性溢出井孔，7月溢出的次数最多，8月4日溢出后再也没有回落，观测曲线呈直线变化。5—8月南宁市区强降雨次数多且集中，持续时间长，导致8月上旬邕江水位部分河段持续超出警戒水位1～2 m，连续强降雨与井水位的冒顶溢出有必然的联系（图6）。

图  6  2019年石埠井水位与雨量关系

石埠水位长年具有夏高冬低的准年变动态，但2016年以后因受仪器更换、参数调整、强降雨等因素影响数据不太稳定，年变不够清晰。现以2015年水位和气压的数据为例，利用交叉小波分析、小波相干等方法在时间-频率空间内对二者的周期及相关特征进行分析。分析结果显示，水位和气压存在7.8～14.7 h尺度的共振周期，即水位和气压在较宽的周期内存在显著相关性，相对相位呈反相位（图7）。

图  7  2015年石埠井水位与气压小波相关分析结果

2019年以来，观测井气压观测正常，数据稳定，没有出现明显的下降，井水的溢出与气压变化关系不大（图8）。

图  8  石埠井水位与气压多年变化曲线图

邕江老口大坝2014年12月底首次下闸蓄水并通航，此后坝上水位快速抬升，至2015年10月抬升至73 m。2016年7月开始，水位再次抬升，至2017年4月升至75 m，此后水位相对平稳，2018年10月，坝下水位出现快速上升，形成台阶。而下游的牛湾大坝自2018年10月14日开闸蓄水，坝上水位控制在67 m左右，坝下水位控制在63 m左右。

对比邕江坝上、坝下水位和石埠井水位变化，发现石埠井水位与邕江水位存在明显同步性，只是在时间上稍有滞后（图9）。具体表现为：① 2014年12月老口水利枢纽开始蓄水，坝上水位快速抬升，坝下水位快速波动；2015年7月，石埠井水位快速抬升，至2016年2月升至最高值，并出现冒顶现象；② 2016年7月开始，坝上水位再次抬升，7—9月坝下水位出现大幅上升波动；2017年1—2月，石埠井水位上升；③ 2017年6月，坝上水位已趋于平稳；坝下水位受降雨、泄洪等影响，2018年7—8月出现近10 m的快速升降波动；2018年1—3月石埠井水位快速抬升；④ 2018年10月，老口大坝下游42 km处的邕宁水利枢纽大坝蓄水，2018年7—10月，坝下水位再次出现大幅波动抬升，此后一直维持在67 m左右；2018年10月至2019年2月石埠井水位再次出现大幅升高，接近井口；2019年6—7月，坝下水位又因强降雨出现大幅波动，导致石埠井水出现间歇性冒顶；2019年8月4日，石埠井在持续强降雨、邕江水超出警戒水位的情况下持续冒顶，并在8月底开始出现冒泡现象，12月中旬翻花冒泡现象加剧，且观测房内有灰白色絮状物出现。

图  9  邕江老口大坝水位（a）与石埠水位（b）的关系

综合分析认为，2019年8月4日后石埠井水位冒顶现象与邕宁水利枢纽牛湾大坝蓄水后，邕江老口大坝下游水位抬升，以及南宁市区5—8月的强降雨影响有直接的关联。

石埠水温2001年1月开始观测，探头深度约130 m，温度在28 ℃左右。水温观测数据连续、稳定，几乎不受降雨的影响。观测资料显示，2019年8月4日水位观测出现异常后，水温数据并未出现相应的同步异常（图10）。

图  10  石埠水位、水温观测曲线对比图

通常情况下，地壳中的H₂主要来源于生物化学作用和高温高压下岩石的变质作用，其浓度变化与断裂的活动性有密切的关系^[12],。在前人的研究中，地震前断层带的氢气浓度多出现大幅度上升异常，上升幅度达到几十甚至数百ppm^[13-14]。在对井孔溢出气体进行多次测量后发现，溢出气体组分中氢气含量只稍高于大气中氢气含量，没有明显的高值异常，由此推断井内异常气体成因与深部构造活动的关系不大（图11）。

图  11  空气及井中氢气的含量对比图

水化学一般采用三线图、Na-K-Mg三角图和Schoeller图来进行分析。其中：三线图在判断地下水类型及循环中广泛应用，可分析其与背景特征是否相符；Na-K-Mg三角图用来评价水-岩平衡程度和区分不同类型的水样，将水分为完全平衡、部分平衡和未成熟水3种类型，解释水的起源；Schoeller图则用于说明处于不同地点或不同采样时间水样的水化学变化过程。

为了分析异常井水的物质来源及其跟周边水体的关系，以及是否存在深源化学物质沿构造带溢出的可能，对石埠井水、石埠井地面灰白色絮状物、邕江和周边民用水井进行水样采集测试外（表1）。采样过程为：石埠井水采用定深取水器取出约10 m处的水样，其他水体直接从出水口获取水样，装入2.5 L新开封的纯净水瓶，后再密封、贴标、送检，每次取样前均多次用样水反复清洗样瓶；而观测房地面白色絮状物则用镊子采集，放置到干燥、干净的250 mL纯净水瓶中密封后一并送检。所有样品送至广西地质矿产局测试中心检测，水样进行矿泉水全分析，絮状物进行烧失量、半定量分析。

水化测试结果显示：

1）石埠井观测房内出现的灰白色絮状物中富含硫，其次为钙，为井水外溢后因天气变化而形成的硫化物（表2），或因收集到的絮状物量较少，没有闻到明显的剌鼻性气味。

石埠井北面和西面出露地层均为第三系砂岩、泥岩，其中夹有煤系地层，推测观测房内形成的絮状硫化物，可能与井水补给源流经煤系地层有关。

2）石埠井水样以碱土金属及弱酸离子为主，其他民用井水样碳酸盐硬度超过50%。二者虽然为2种不同类型水质，但均在区域浅表水体找到与之相符的背景特征（图12）。

图  12  水化学类型piper图

3）石埠井水为部分平衡水，其他水体均为未成熟水，说明石埠井水源于半封闭的地下水系，经历了相对较长时间的运移过程（图13）。

图  13  Na-K-Mg三角图

4）石埠井与周边其他水体化学性质存在较大的差异，具有不同的物质来源（图14）。第1期检测时水质中硫离子含量较高，达209 mg/L，而第2、第3期检测结果却几乎不含硫离子。另外，3期化验结果显示井水溶解性总固体含量在4000 mg/L左右，而氟离子浓度在3.63～5.66 mg/L之间。水溶解性总固体含量高，可能与石埠井水经过较长距离的运移、水岩作用强烈有关，而硫离子和氟离子的变化，则在一定程度上可能受到深部物质运移的影响。

图  14  Schoeller图

5）根据相关规定，南宁市地质环境监测站每个季度均对市区28口地质环境监测水井进行采样检测，以便掌握区域水环境的实时变化情况。这些水井主要分布在心圩-韦村断裂（F₅）和华香断裂（F₆）围成的区域内。由于石埠井水第一期水化测试结果显示，水样中富含硫和氟，为了配合调查，从南宁市地质环境监测站获取了上述28口井水质报告。报告数据显示，2019年9月，28口井水中所含的硫化物、氟化物均处于较低的水平（表3）。

根据化验结果绘制的区域内硫化物和氟化物含量分布图可以看出：南宁盆地内测点的硫化物和氟化物总体比盆地外测点的高；南宁盆地内测点的硫化物和氟化物分布也存在地域差异，主城区测点的含量相对偏高；硫化物和氟化物含量与心圩-韦村断裂的展布没有明显相关性，表明未受深部物质交换影响，即石埠井第一期水化结果中硫、氟离子高值异常的现象与区域构造活动关系不明显（图15、16）。

图  15  石埠井周边水井硫化物分布图

图  16  石埠井周边水井氟化物分布图

对于2019年8月4日后石埠井异常的认识，除了灰白色絮状物为待确定异常外，另有一个未能解决的问题：南宁市地质环境监测井水的硫化物和氟化物含量与区域性心圩-韦村断裂的展布没有明显相关性，表明区域上可能未受深部物质交换影响；而石埠井各项化验结果则显示井水中富含硫、氟等深部物质，且水体可能经过长时间运移并在不同时间段内有交换等。以上矛盾，需要通过在后续的工作中定期对石埠井不同层位的水进行水质化验，同时进一步调查并获取周边具有相同层位的井水质资料，开展横、纵向对比分析，才能得出更为合理、清晰的解释。

通过调查核实综合分析认为，2019年8月4日以后石埠井出现的异常现象主要受观测系统、周围环境和气象变化等因素影响。石埠井水位日变幅增大为仪器传感器故障所致，井水冒顶和翻花冒泡现象可能与井壁破裂、邻近的邕江老口大坝蓄水后邕江水位抬升，以及南宁市区5—8月强降雨过程有关，均为干扰异常。而观测房内灰白色絮状物可能与地下水径流经过煤系地层以及天气变化有关，目前掌握的资料未能对该现象进行合理解释，需积累更多的资料进一步分析研究。