西昌川32井水溫傳感器不同投放深度監(jiān)測能力分析

陳學(xué)芬，趙 晶，趙天霞

(四川省地震局 西昌地震中心站，四川西昌 615022)

在地下流體水溫觀測中，對(duì)于水溫傳感器投放深度有兩種不同的觀點(diǎn):一種觀點(diǎn)認(rèn)為傳感器應(yīng)放置在含水層，這樣能直接觀測到含水層水溫的變化，第一時(shí)間觀測到異常信息。第二種觀點(diǎn)認(rèn)為，傳感器應(yīng)放置在遠(yuǎn)離含水層的位置，避開干擾信號(hào)，更好的記錄地震異常信息。地下流體學(xué)科組對(duì)于水溫傳感器的投放位置的要求是:水溫傳感器投放前需對(duì)觀測井進(jìn)行溫度梯度測量。選取的觀測部位是溫度波動(dòng)最小的部位，在這樣的部位進(jìn)行水溫前兆觀測，可能得到信躁比高的水溫前兆信息，個(gè)別井能觀測到固體潮汐效應(yīng)的溫度變化;反之，日波動(dòng)幅度大，說明觀測受地下水活動(dòng)影響大，不易觀測到水溫前兆信息。西昌川32井水溫傳感器曾放置水下兩個(gè)不同深度，一個(gè)恰好在含水層，一個(gè)離開含水層。我們對(duì)兩種深度的觀測資料進(jìn)行了比較分析。

1 西昌川32井概況

西昌川32井隸屬于西昌水化綜合臺(tái)，是西昌地震中心站2008年新建的一口擁有自主產(chǎn)權(quán)的國家級(jí)地下流體綜合觀測井。含水層巖性為礫巖，為多層含水。水質(zhì)類型屬重碳酸鈉型，流量22.0 1 L/min，水溫23.0～26.5℃。川32井現(xiàn)有的數(shù)字觀測為:水位、淺層水溫、深層水溫、氣氡、氣汞、氣氦、氣象三要素;模擬觀測有:水氡、水質(zhì)、氣體。西昌川32井鉆孔成井資料顯示，主要含水層有兩個(gè)，一個(gè)位于井下120～130 m之間，另一個(gè)位于井下210～220 m之間。

2 水溫傳感器第一次投放

西昌川32井采用北京中科光大ZKGD3000N型數(shù)字水位水溫綜合觀測儀同時(shí)進(jìn)行一個(gè)動(dòng)水位和兩個(gè)水溫的觀測。2009年7月22日按要求完成了儀器的安裝，2009年8月14日進(jìn)行了溫度梯度測量，溫度梯度分布如圖1所示。從溫度梯度分布圖看出，西昌川32井井下130 m左右和井下220 m左右有較大溫度梯度變化，與柱狀圖顯示含水層相符。ZKGD3000N數(shù)字水位水溫綜合觀測儀首次安裝傳感器投放情況如下:水位傳感器投放深度為10 m，淺層水溫傳感器投放位置110 m，位于第一含水層以上20 m;深層水溫傳感器投放位置260 m，位于第二含水層以下40 m。ZKGD3000N數(shù)字水位水溫綜合觀測儀自安裝至2012年4月16日期間，清楚記錄的大地震共有4個(gè)，每個(gè)水位傳感器清晰記錄水震波，淺層水溫和深層水溫不同程度記錄數(shù)據(jù)變化。記錄曲線如圖2～5所示。

2010年2月27日14時(shí)34分智利 8.8級(jí)地震，動(dòng)水位最大振幅0.1536 m，淺層水溫最大變幅0.0269℃，深層水溫變化不明顯。

圖1 西昌川32井溫度梯度分布

圖2 川32井水位水溫2010年02月27日觀測曲線

圖3 川32井水位水溫2010年10月25日觀測曲線

圖4 川32井水位水溫2011年03月11日觀測曲線

圖5 川32井水位水溫2012年04月11日觀測曲線

2010年10月25日22時(shí)42分蘇門答臘7.3級(jí)地震，動(dòng)水位變化最大振幅0.022 m，淺層水溫最大變幅0.0392℃，深層水溫變幅較小。

2011年3月11日13時(shí)46分日本海域9.0級(jí)地震，動(dòng)水位變化最大振幅0.4432 m，淺層水溫最大變幅0.3708℃，深層水溫變幅0.1855℃，持續(xù)時(shí)間4小時(shí)。

2012年4月11日16時(shí)38分和18時(shí)43分蘇門答臘海域分別發(fā)生8.6級(jí)地震和8.2級(jí)地震，動(dòng)水位變化最大振幅0.37621 m，淺層水溫最大變幅0.2969℃，深層水溫變幅0.0802℃。

3 水溫傳感器第二次投放

2012年4月17日檢修儀器后重新投放水溫傳感器，傳感器投放位置為:水位傳感器位置不變，淺層水溫傳感器位置130 m;深層水溫傳感器位置220 m。水溫兩個(gè)傳感器均位于兩個(gè)含水層上。在這一位置儀器共記錄大地震2個(gè)，水位傳感器清晰記錄水震波，淺層水溫和深層水溫沒有記錄到地震引起的數(shù)據(jù)變化。具體記錄曲線如圖6圖7所示:2012年8月31日20時(shí)47分菲律賓群島發(fā)生7.6級(jí)地震，動(dòng)水位變化最大振幅0.0622 m，淺層水溫變幅不明顯，深層水溫?zé)o變幅。2012年12月7日16時(shí)18分日本東海岸發(fā)生7.4級(jí)地震，動(dòng)水位變化最大振幅0.0347 m，淺層水溫變幅不明顯，深層水溫?zé)o變幅。

圖6 川32井水位水溫2012年8月31日觀測曲線

圖7 川32井水位水溫2012年12月7日觀測曲線

4 對(duì)比分析

從以上兩種水溫傳感器投放深度記錄大地震的能力上可見，在含水層上的水溫傳感器沒有記錄到地震引起的水溫變化。遠(yuǎn)離含水層，水溫傳感器不同程度記錄到地震引起的水溫變化。在觀測中還發(fā)現(xiàn)，西昌川32井每天08:30至09:30是模擬觀測取水樣的時(shí)間，水溫傳感器放置在含水層時(shí)每天水位能記錄到取水影響，淺層水溫能記錄到取水影響，深層水溫不能記錄到取水影響。遠(yuǎn)離含水層，淺層水溫能記錄到取水影響，深層水溫也能記錄到取水影響，只是幅度較小。另外對(duì)比分析了水溫傳感器兩種投放深度日常觀測曲線，在日觀測曲線中也總結(jié)出在含水層位置時(shí)水溫傳感器觀測數(shù)據(jù)日變幅較大，時(shí)變幅也大。遠(yuǎn)離含水層，水溫傳感器觀測數(shù)據(jù)日變幅較小，時(shí)變幅小，能清晰觀測到固體潮汐效應(yīng)的溫度變化。這里選擇了2011年中秋和2012年中秋觀測曲線進(jìn)行對(duì)比，如圖8、圖9所示。如果將傳感器當(dāng)做一個(gè)模型來研究，在沒有記錄到可靠地震異常信息的時(shí)候，用已知的特定異常信息比如已知的地震和特定干擾加注在模型上，考察模型對(duì)特定信息的反映能力來分析模型的效能。通過三年的對(duì)比觀測分析，結(jié)果表明川32井水溫傳感器的投放位置應(yīng)離開含水層，同時(shí)也說明了在溫度波動(dòng)較小的部位才能更好記錄異常信息。

圖8 川32井水位水溫2011年9月12日(中秋)觀測曲線2011年9月12日(中秋)動(dòng)水位日變幅0.0484 m，淺層水溫日變幅0.0266℃，日變幅0.0299℃

圖9 川32井水位水溫2012年09月30日(中秋)觀測曲線2012年9月30日(中秋)動(dòng)水位日變幅0.0455 m，淺層水溫日變幅0.0401℃，日變幅0.0395℃

5 討論

西昌川32井的觀測資料表明，川32井水溫傳感器的放置應(yīng)離開含水層，在溫度梯度較小的部位才能更好的記錄異常信息。至于離開含水層多遠(yuǎn)，在什么位置才是最佳的觀測部位還需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。2012年12月31日對(duì)川32井水溫傳感器重新投放，傳感器投放位置再次改為淺層水溫傳感器投放深度110 m;深層水溫傳感器投放深度260 m。