睢寧蘇02井水溫影響因素的探討

【摘 要】通過(guò)對(duì)睢寧蘇02井?dāng)?shù)字化改造后的水溫動(dòng)態(tài)變化規(guī)律、結(jié)合環(huán)境和水文地質(zhì)情況對(duì)水溫動(dòng)態(tài)的影響因素進(jìn)行了初步的分析與研究，結(jié)果表明：（1a）睢寧蘇02井水溫一直存在緩慢上升趨勢(shì)，且年變較為明顯；背景變化平穩(wěn)時(shí)，日變也較為清晰；（2）水溫受環(huán)境、水文地質(zhì)條件影響比較大；（3）同震階變特征明顯。

【關(guān)鍵詞】地下水水溫；動(dòng)態(tài)特征；影響因素；同震變化

一.引言

地下流體水溫觀測(cè)主要是通過(guò)深井水溫觀測(cè)，測(cè)量水平地?zé)釄?chǎng)隨時(shí)間的變化。研究井點(diǎn)水溫的動(dòng)態(tài)類(lèi)型，了解其成因和形成機(jī)制，排除各種干擾，提取資料的真實(shí)可靠的背景性變化，就有可能捕捉到與地震孕育和發(fā)生有關(guān)的信息。

睢寧蘇02井屬于全國(guó)地下水井網(wǎng)基本臺(tái)之一。該井于2007年7月1日進(jìn)行數(shù)字化改造，2008年1月1日以來(lái)儀器正式運(yùn)行投入觀測(cè)，數(shù)據(jù)連續(xù)、可靠。本文對(duì)該井2008年1月1日至2012年12月31日水溫觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，對(duì)可能引起水溫變化的因素進(jìn)行了探討。

二.蘇02井概況

圖1蘇02井井區(qū)地質(zhì)構(gòu)造

蘇02井位于江蘇省徐州市睢寧縣王集鎮(zhèn)王營(yíng)村，坐標(biāo)34.03°N，117.75°E，海拔27.56m；井深283.6m。東距郯廬斷裂帶約35km，北距北西走向的廢黃河斷裂帶僅 7 km（見(jiàn)圖1）。井區(qū)附近地表至地下132m為第四系亞粘土覆蓋，132m以下為遠(yuǎn)古宙震旦紀(jì)的泥灰?guī)r、碳質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r為主。

三.水溫正常動(dòng)態(tài)特征類(lèi)型

（一） 長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)特征

水溫長(zhǎng)期正常動(dòng)態(tài)是指井孔觀測(cè)點(diǎn)處溫度的長(zhǎng)期形態(tài)及特征變化。蘇02井水溫連續(xù)五年2008年1月1日至2012年12月31日水位、水溫、降水量的觀測(cè)資料，存在明顯的年變化規(guī)律，排除同震效應(yīng)或降雨的干擾，水溫總體呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)，年變幅為0.01℃，動(dòng)態(tài)規(guī)律較為清晰，動(dòng)態(tài)背景相對(duì)平穩(wěn)。對(duì)于水溫多年上升漂移型動(dòng)態(tài)的成因一般認(rèn)為：一是大地?zé)崃髦档奈⑷醺淖冊(cè)谒疁厣系姆从?；二是由于圍巖在緩慢線性增加的應(yīng)力場(chǎng)作用下，導(dǎo)致空隙水上升引起觀測(cè)點(diǎn)處溫度的變化。

（二）短期動(dòng)態(tài)特征

地?zé)岫唐谡?dòng)態(tài)是指井孔觀測(cè)點(diǎn)處溫度1天至1個(gè)月短期的形態(tài)及特征變化，是正常的短期背景變化[3]，從圖2上可以看出，蘇02井水位、水溫都有明顯的潮汐現(xiàn)象。水溫觀測(cè)中蘇02井大潮時(shí)日變幅為0.0224℃，小潮時(shí)日變幅為0.0148℃。觀測(cè)點(diǎn)處的溫度存在周期為10分鐘至40分鐘，幅度為0.0004℃至0.0085℃的溫度波動(dòng)變化的短周期型動(dòng)態(tài)類(lèi)型。這類(lèi)短周期動(dòng)態(tài)的成因，是由于觀測(cè)部位的地下水的不規(guī)則流動(dòng)引起的。

四.水溫動(dòng)態(tài)主要影響因素分析

（一）環(huán)境因素對(duì)水溫的影響

環(huán)境因素對(duì)睢寧蘇02井水溫的影響主要體現(xiàn)在大氣降雨上，主要表現(xiàn)為水溫與降雨量呈正相關(guān)性。表現(xiàn)在大的降雨過(guò)程出現(xiàn)后1-2天，水溫快速上升，然后停止，在高位上變化。一次大的集中式降雨后，水溫上升幅度可達(dá)0.01℃。降雨結(jié)束后呈下降趨勢(shì)。分析原因：降雨對(duì)地下水變化的影響有兩種形式。一為雨水滲入補(bǔ)注地下水層，一般而言，雨水滲入補(bǔ)注的速率很緩慢，在降雨后的數(shù)天內(nèi)，應(yīng)無(wú)直接滲入補(bǔ)注的情況。另一為降雨在地表的積水和極淺層的滲入形成“降雨荷重”的影響，使深部地下水層產(chǎn)生垂直向應(yīng)力變化，造成孔隙水壓增大的影響（張昭棟等，1986），這種補(bǔ)給導(dǎo)致水位上升，水溫上升。

（二） 水文地質(zhì)條件對(duì)水溫動(dòng)態(tài)類(lèi)型的影響

不同的動(dòng)態(tài)類(lèi)型與觀測(cè)點(diǎn)處的水文地質(zhì)情況密切相關(guān)。蘇02井地質(zhì)構(gòu)造上處于郯廬斷裂帶西側(cè)（相距約35km），北西向廢黃河斷裂帶附近。井區(qū)在這種長(zhǎng)期應(yīng)力作用下，有可能使附近的深部熱流沿?cái)嗔褞仙?，并緩慢地向周?chē)膸r層傳導(dǎo)，這可能是蘇02井水溫長(zhǎng)期呈現(xiàn)上升漂移動(dòng)態(tài)的主要原因。

（三）遠(yuǎn)大震對(duì)水溫動(dòng)態(tài)類(lèi)型的影響

蘇02井同震異常表現(xiàn)為水位震蕩水溫下降型，水位震蕩水溫下降型表現(xiàn)為水位同震變化總是振蕩，水溫同震變化形態(tài)總是具有下降-上升-恢復(fù)的過(guò)程。水溫同震變化總是發(fā)生在地震波到達(dá)和水震波開(kāi)始之后，見(jiàn)圖3。 2008年1月1日至2012年12月31日的共記錄到全球Ms>7.0級(jí)地震83次，該井記錄到非常顯著的同震階變?yōu)?次。水溫的同震異常特征表現(xiàn)為每次當(dāng)大震發(fā)生時(shí)，該井水溫出現(xiàn)瞬時(shí)突降，平均下降幅度最大為0.034℃，最小為0.032℃，然后緩慢回升，有時(shí)下降后幾十天才能恢復(fù)到變化前的溫度值附近。蘇02井水溫對(duì)于Ms6-7級(jí)左右地震引起的水溫變化，一般震后數(shù)小時(shí)左右基本恢復(fù)到變化前的溫度值附近。分析認(rèn)為，井孔中的水體受振蕩激發(fā)而加速對(duì)流與摻混是導(dǎo)致蘇02井水溫同震下降的主要原因。

五.結(jié)論

本文基于睢寧蘇02井2008年以來(lái)數(shù)字化觀測(cè)資料，對(duì)水溫動(dòng)態(tài)特征進(jìn)行了分析研究，并得到了以下初步認(rèn)識(shí)：

（1）睢寧蘇02井水溫動(dòng)態(tài)類(lèi)型為：長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)特征為上升漂移型，短期動(dòng)態(tài)特征為短周期型。

（2）影響睢寧蘇02井水溫動(dòng)態(tài)的因素主要為固體潮汐、環(huán)境因素和水文地質(zhì)條件。

（3）睢寧蘇02井同震異?，F(xiàn)象十分普遍，對(duì)于同震響應(yīng)能力除了震級(jí)、距離外，主要取決于井區(qū)水文地質(zhì)條件、構(gòu)造部位和井孔特性。

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