岫巖一號井水溫異常分析

劉佳麗，寇澤峰

（岫巖地震臺，遼寧 岫巖 114300）

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岫巖一號井水溫異常分析

劉佳麗，寇澤峰

（岫巖地震臺，遼寧 岫巖 114300）

摘要：2013年9月岫巖一號井“十五”數(shù)字化水溫出現(xiàn)了加速升高，上升幅度達(dá)到7‰，之后處于高值波動狀態(tài)。經(jīng)核實(shí)，數(shù)據(jù)升高定義為不明原因異常，至今該異常已經(jīng)持續(xù)了25個月。高值異常持續(xù)時間較長，回顧歷史無典型震例對應(yīng)，我們有必要再度思考和研究。

關(guān)鍵詞：不明原因異常；震例；相關(guān)性；探頭位置

0 引言

井水溫度的變化是在區(qū)域地?zé)岜尘皸l件下，由于井的含水層系統(tǒng)中熱物質(zhì)上涌、冷熱水運(yùn)動等水熱動力作用和介質(zhì)變形、巖石破裂、斷層摩擦等構(gòu)造熱動力作用引起的［1］。在井口使用專用觀測儀器，按照規(guī)定的觀測技術(shù)要求，連續(xù)測量井水溫度隨時間的變化，產(chǎn)出相關(guān)數(shù)據(jù)，獲取與地震相關(guān)的信息。大量的震例表明地?zé)嵊^測手段在目前的分析預(yù)報(bào)工作中發(fā)揮著積極的作用。然而，每次地震的發(fā)震機(jī)理不同，在地震孕育階段和臨震時地?zé)幔ㄒ韵路Q水溫）的變化形態(tài)也是各有差異，不能一概而論，也增加了地震前兆異常識別的難度。

岫巖一號井自2013年9月初水溫加速升高，變幅7‰，至10月初水溫有小幅度的轉(zhuǎn)折下降，之后處于高值波動狀態(tài)。針對水溫存在的異常情況，2013年10月我局進(jìn)行了月會商分析，結(jié)論是繼續(xù)跟蹤。2014年6月遼寧省地震局預(yù)報(bào)研究中心同岫巖地震臺聯(lián)合開展了水溫異常情況現(xiàn)場落實(shí)工作。分析認(rèn)為：2013年至2014年遼寧及周邊地區(qū)無較大地震（大于ML5.0）且2007年6月以來進(jìn)行數(shù)字化同井水位、水溫觀測，至今無較好震例，水溫預(yù)報(bào)效能評估結(jié)果為C類。異常出現(xiàn)后，同期無水位異常變化?！笆濉彼疁厥菙?shù)字化觀測，觀測技術(shù)人員沒有變動，儀器探頭位置沒有改變，排除了人為干擾。儀器系統(tǒng)運(yùn)行良好無故障，產(chǎn)出數(shù)據(jù)無錯誤。核實(shí)結(jié)論是把它作為短期異常進(jìn)行跟蹤，看其未來是否有轉(zhuǎn)折。截至2015年10月該情況持續(xù)25個月，我們有必要對該異常做出再次的調(diào)查、分析和研究。

1 岫巖一號井概況

岫巖一號井位于岫巖縣西北營子村，高程為76.0m。井孔巖性為古生代花崗巖，地下水類型為基巖裂隙承壓水。所處構(gòu)造部位為北洋河－岫巖構(gòu)造與岫巖縣偏嶺構(gòu)造結(jié)點(diǎn)附近，位于縣內(nèi)次級構(gòu)造大洋河斷裂西側(cè)（表1）。在觀測井西部100m處，有一條季節(jié)性的小河溝，北部2000～3000m的大洋河一帶為地下水補(bǔ)給源［2］。

1.1 岫巖一號井開發(fā)利用概況

該井是地下流體綜合觀測井，包括靜水位觀測和水溫觀測。2005年進(jìn)行了一次透井和下套管改造，提高了水位的觀測精度。水位埋深0～2.0m，井口水溫約10℃，100m深處為15℃左右。1975年2月1日，岫巖一號井正式采用SW40-1型日記水位計(jì)進(jìn)行水位觀測至今。2007年6月1日，岫巖一號井新增LN-3A型數(shù)字水位儀進(jìn)行水位并行觀測?！熬盼濉彼疁靥筋^下井深度180m，水溫19.2oC，于2012年11月停止觀測?！笆濉彼疁靥筋^下井深度204m，水溫20.5oC，觀測至今。

圖 1 井孔柱狀圖及基本情況Fig.1 Columnar section of the borehole and its basic information

1.2 主要影響因素及基本動態(tài)特征

岫巖一號井的動態(tài)變化主要受到降水和氣壓等自然因素影響。水位與氣壓呈負(fù)相關(guān)變化，同時，水位的變化受降水的補(bǔ)給影響，隨著補(bǔ)給的增加，水位升高。“九五”水溫受到外界降水補(bǔ)給影響呈現(xiàn)升降變化，時間上略滯后于水位（圖2）；同時，水溫還隨著水位的變化而變化，時間略滯后（圖3）?！笆濉彼疁貛缀醪皇艿浇邓蜌鈮河绊?，無明顯相關(guān)性。

圖2　水位、“九五”水溫與降雨變化的相關(guān)性圖Fig.2 Correlation between water level and "Nine Five" heat and rainfall changes

圖3　水位與氣壓相關(guān)性圖Fig.3 Correlation between water level and air pressure

圖4　水位與“九五”水溫均值圖Fig.4 Water level and water temperature of "Nine Five"

2 水溫異常分析

2.1 異常特征介紹

2013年9月初“十五”水溫出現(xiàn)突然加速升高的過程，變化幅度7‰，至10月初水溫有小幅度的轉(zhuǎn)折下降，之后高值波動持續(xù)至今。

2.2 正常動態(tài)

2007年啟動“十五”水溫觀測，儀器不穩(wěn)定多次出現(xiàn)故障。經(jīng)過多次調(diào)整，2011年之后的數(shù)據(jù)資料比較穩(wěn)定。2011年至2013年9月數(shù)據(jù)趨于直線型，2013年10月至今數(shù)據(jù)仍然趨于直線型。

2.3 水位與水溫相關(guān)性分析［3］

2.3.1 水位與“九五”水溫的相關(guān)性

水位有谷值和峰值的變化，“九五”水溫也在同期呈現(xiàn)出谷值和峰值的年變變化，二者具有短期（一年尺度）同步同向性變化（圖4）。

2.3.2 水位與“十五”水溫的相關(guān)性

“十五”水溫呈逐年趨勢性上升變化與水位在形態(tài)上無相關(guān)性變化。短期（一年）水位有明顯年變，正常年份谷值出現(xiàn)在二月和三月，峰值出現(xiàn)在雨季七月和八月，水溫?zé)o明顯年變，短期水位水溫不存在協(xié)調(diào)性變化。從多年的趨勢變化分析水位變化較為平穩(wěn)，水溫表現(xiàn)為多年的趨勢緩慢的上升變化，二者不存在趨勢性協(xié)調(diào)變化（圖5）。

2.4 典型儀器故障及干擾異常特征

“十五”水溫采用SZW-1A型水溫儀，2007年投入工作以來儀器故障較多，經(jīng)過維修、更換、調(diào)整逐漸產(chǎn)出較穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。具體故障特征描述如下：

2008年9月9日水溫儀電源線燒斷停止工作，9月17日至18日儀器維修調(diào)試，19日恢復(fù)工作。2009年1月20日水溫儀出現(xiàn)故障，導(dǎo)致曲線連續(xù)脈沖式突跳，原因不明，聯(lián)系省局石巖和國家局趙剛，二人建議觀察一段時間，看能否自行恢復(fù)；21日13時50分至54分出現(xiàn)一次突跳，22日多次脈沖式突跳，23日連續(xù)突跳，多次聯(lián)系省局和國家局，確定是儀器故障，建議觀察一段時間。故障持續(xù)五天后，儀器24日自行恢復(fù)正常工作（圖6、7）。

圖5　“十五”水溫與水位均值圖Fig.5 "Fifteen" mean chart of geothermal and water level

圖6　儀器故障水溫分鐘值圖Fig.6 Instrument fault water temperature min chart

圖7　儀器故障水溫分鐘值圖Fig.7 Instrument fault water temperature min chart

因儀器系統(tǒng)固有因素，水溫?cái)?shù)據(jù)不穩(wěn)，2009年10月27日省局將其更換，采用新觀測系統(tǒng)。經(jīng)維修后，2010年6月上旬，儀器系統(tǒng)更換為原始系統(tǒng)，數(shù)據(jù)自動入庫，由于儀器探頭位置略有改變，數(shù)據(jù)出現(xiàn)臺階。2011至2012年數(shù)據(jù)變化平穩(wěn)，無明顯異常。其中，2012年 3月9日至11日儀器電源故障，電瓶無法充電，轉(zhuǎn)換器無法正常工作，缺數(shù)三天。2012年8月4日岫巖地區(qū)普降暴雨，儀器受雷電干擾，水溫突跳、缺數(shù)（圖8）。

2.5 典型映震特征

我臺對“九五”水溫的映震情況進(jìn)行了總結(jié)和概述：2006年2、3月份水溫緩慢升高，水位呈直線波動，2月27日岫巖—莊河發(fā)生了3.7級地震；2007年7月12日至8月15日日平均溫度多次出現(xiàn)低值現(xiàn)象（降水431.5mm），8月13日水溫達(dá)最低值，變幅17.8‰，之后轉(zhuǎn)折上升，8月24日岫巖發(fā)生了3.7級地震；2008年4月24日水溫高值異常后轉(zhuǎn)折下降，5月10日最低值，變幅2.2‰，5月12日四川汶川大震后水溫形態(tài)畸變；2010年2月27日智利MS8.8級地震后，水溫形態(tài)與水位反向，6月份恢復(fù)，12月份水溫與水位形態(tài)不同步，2011年2月恢復(fù)；2011年2月14日水溫突然下降，多次低溫波動，3月1日達(dá)最低溫度，次日波動上升至日本地震發(fā)生，震后水溫突升是典型的脈沖型同震響應(yīng)（圖8）。2012年11月份由于儀器故障停止觀測?！笆濉彼疁刈杂^測以來無典型震例對應(yīng)。

圖8　儀器故障水溫日曲線圖Fig.8 Instrument fault water temperature chart

圖9　“九五”水溫日均值圖Fig.9 "Nine Five" geothermal day mean chart

2.6 異常分析

截至2015年10月，水溫異常已經(jīng)持續(xù)25個月，期間數(shù)據(jù)有小幅的轉(zhuǎn)折變化，無顯著地震對應(yīng)，高值波動異常仍然持續(xù)。為此，有必要對當(dāng)前的高值情況做出再次判斷。我們對儀器的觀測系統(tǒng)進(jìn)行了再次排查，無故障。對觀測環(huán)境的檢查結(jié)果是：自然環(huán)境無大的改變，無抽水蓄水現(xiàn)象，周邊無重大工程，場地?zé)o變化；人為干擾幾乎不存在；觀測人員無變動，產(chǎn)出數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。數(shù)據(jù)產(chǎn)出常用的有整點(diǎn)值、日均值、五日均值、旬均值、月均值等。在正常情況下，日觀測值遵循其正常的日動態(tài)變化，用日觀測值的曲線判斷異常，岫巖水溫?zé)o年變規(guī)律。從幾年的觀測數(shù)據(jù)來看2011年至2013年9月水溫?cái)?shù)據(jù)按照一定的斜率呈直線上升變化。2013年9月之后因不明原因水溫加速上升，之后在一定的高值水平波動呈直線變化，斜率與2013年9月之前的幾乎相同，這種變化持續(xù)至今（25個月）。

分析認(rèn)為：

（1）岫巖一號井“十五”水溫觀測以來動態(tài)的穩(wěn)定性較差，無震例對應(yīng)，預(yù)報(bào)效能評價為C類。不明原因高值波動的情況持續(xù)時間較長，雖有波動但無映震，2011年10至11月也發(fā)生過類似的變化情況，因此我們可以將這次高值波動視為一個變化情況進(jìn)行跟蹤，由于時間較長也可判斷為水溫的年變基值發(fā)生改變，形態(tài)不變，應(yīng)加強(qiáng)重視。

（2）岫巖一號井的“十五”水溫與水位在正常情況下動態(tài)變化沒有相關(guān)性，當(dāng)不明原因異常出現(xiàn)期間，二者也無相關(guān)性變化，且水位變化無異常，歷史無震例對應(yīng)，可能水溫多年年變規(guī)律發(fā)生改變。

（3）2013年9月初水溫有一個加速升高之后小幅下降過程，應(yīng)該是地球內(nèi)部物理場發(fā)生了改變，在應(yīng)力的相互作用下，使得該層地下水的溫度有一個上升的變化過程，之后水溫保持一個新的動態(tài)水平。

3 結(jié)論與討論

（1）“十五”水溫新的動態(tài)水平已經(jīng)持續(xù)了25個月，時間尺度較長，結(jié)合本臺站觀測手段分析均無異常情況，省內(nèi)及周邊其他臺站觀測手段異常情況的出現(xiàn)與岫巖水溫高值在時間及分布上無相關(guān)性及配套性。2012年至2015年?duì)I口—蓋州地區(qū)曾多次發(fā)生4級左右小震群活動，分析認(rèn)為蓋州震群活動與水溫日常動態(tài)的變化在時間上無明顯對應(yīng)關(guān)系，震級大小與水溫的變化幅度也沒有明顯對應(yīng)關(guān)系。我們可以將現(xiàn)在的高值情況視為近兩年水溫的正常動態(tài)變化。

（2）“九五”和“十五”水溫探頭分別放置在井下180m和204m，二者相差24m，日動態(tài)變化明顯不同，因此水溫探頭位置的選取，是我們進(jìn)行水溫觀測能否獲得有價值資料的先決條件。水溫探頭位置宜選擇在水溫梯度變化大，水溫背景噪聲小，水溫潮汐效應(yīng)明顯的區(qū)段。我臺“十五”水溫探頭位置的選取是否完全符合專業(yè)技術(shù)要求，是否能夠及時準(zhǔn)確的反應(yīng)出地球內(nèi)部物理場的信息，還需要相關(guān)的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，比如對比觀測。因此，再次對探頭位置進(jìn)行矯正或選取是有必要的，對于這次異常事件也可采取加密觀測，做出進(jìn)一步的分析判斷。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉佳麗.岫巖1號井?dāng)?shù)字化水位觀測內(nèi)在質(zhì)量分析［J］.防災(zāi)減災(zāi)學(xué)報(bào)，2013，（2）.

［2］劉耀煒，陸明勇，等.地下流體動態(tài)信息提取與強(qiáng)震預(yù)測研究［M］. 北京：地震出版社，2010：2-7.

A STUDY ON THE ABNORMAL OF THE DIGITAL WATER TEMPERATURE OF THE “FIFTEEN” OF XIUYAN NO.1 WELL

LIU Jia-li，KOU Ze-feng
（Xiuyan Seismic Station ， Liaoning Xiuyan 114300，China）

Abstract：In September 2013 Xiuyan No.1 well during "the Tenth Five Year Plan" digital water temperature of the rapid rise， rise to 7 per thousand. In high value fluctuations. After verification， data is defined as an unexplained anomaly， so far the exception has lasted for 25 months. High value anomaly lasted for a long time， review the history of non typical cases corresponding， we need to re-think and research.

Key words：unexplained anomaly； earthquake； correlation； probe position

中圖分類號：P315.72

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.02.013

文章編號：1674-8565（2016）02-0078-05

收稿日期：2016-01-20

修訂日期：2016-02-25

作者簡介：劉佳麗（1983-），女，遼寧省岫巖縣人，畢業(yè)于防災(zāi)科技學(xué)院，本科，工程師，現(xiàn)主要從事地震監(jiān)測分析預(yù)報(bào)和震害防御工作。E-mail：02101LjL@163.com