濮陽井水溫觀測干擾因素排除及水溫動(dòng)態(tài)特征分析

陳繼闊++李桂清

摘 要：2003年9月，濮陽井進(jìn)行了水位觀測儀器的改造，安裝了LN-3型水位議，開始了水位數(shù)字化觀測工作。同時(shí)，水位探頭安裝了水溫探測元件，也開始了同層水溫的數(shù)字化觀測工作。觀測數(shù)據(jù)結(jié)果表明，水溫觀測曲線呈現(xiàn)出夏低冬高的動(dòng)態(tài)特征。一直以來，認(rèn)為這種動(dòng)態(tài)特征是濮陽井水溫的正常動(dòng)態(tài)。通過認(rèn)真分析研究，發(fā)現(xiàn)水溫觀測數(shù)據(jù)受溫度變化的影響，溫度升高，水溫下降，反之亦然。因此，觀測室溫度變化是濮陽井水溫觀測的一項(xiàng)干擾因素。計(jì)算了觀測室溫度對水溫觀測的影響系數(shù)，對水溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行了定量處理，排除了溫度對水溫觀測的影響。排除溫度影響后，濮陽井水溫動(dòng)態(tài)為直線型動(dòng)態(tài)，這才是濮陽井水溫的正常動(dòng)態(tài)，對比觀測證實(shí)了這一結(jié)論。產(chǎn)生水溫觀測數(shù)據(jù)變化的真正原因是觀測儀器不穩(wěn)定造成的，溫度變化不應(yīng)該引起觀測數(shù)據(jù)變化，因此，該儀器為不合格儀器，濮陽臺(tái)應(yīng)維修或更換水溫觀測儀器。2014年水溫觀測結(jié)果較為平穩(wěn)，未發(fā)現(xiàn)異常變化，估計(jì)2015年濮陽及鄰區(qū)發(fā)生5級(jí)以上地震的可能性不大。

關(guān)鍵詞：濮陽井；水溫觀測；動(dòng)態(tài)特征；干擾因素排除；儀器穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：P315 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）20-0171-02

前言

地震前兆異常變化是地震預(yù)報(bào)的依據(jù)。在地震前兆觀測過程中，存在各種各樣的干擾因素，對觀測資料動(dòng)態(tài)特征及變化規(guī)律產(chǎn)生影響，出現(xiàn)不同情況的異常變化。要對前兆觀測資料進(jìn)行認(rèn)真分析研究，掌握觀測資料正常的動(dòng)態(tài)特征及變化規(guī)律，正確識(shí)別前兆異常性質(zhì)，做好地震預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)工作，才能不斷提高地震預(yù)報(bào)水平。

本文對濮陽井水溫觀測資料進(jìn)行了深入細(xì)致的分析研究，發(fā)現(xiàn)觀測室溫度變化對水溫觀測產(chǎn)生較大影響。溫度升高，水溫下降，反之亦然。因此，溫度變化是水溫觀測的干擾因素。計(jì)算了溫度對水溫觀測的影響系數(shù)，對水溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行了定量處理，開展了對比觀測，排除了溫度對水溫觀測的影響，得到了水溫的真實(shí)動(dòng)態(tài)。

產(chǎn)生水溫觀測數(shù)據(jù)變化的真正原因是觀測儀器不穩(wěn)定造成的，溫度變化不應(yīng)該引起觀測數(shù)據(jù)變化，因此，該儀器為不合格儀器，濮陽臺(tái)應(yīng)維修或更換水溫觀測儀器。

1 觀測井概況

濮陽井位于濮陽市地震臺(tái)院內(nèi)，是水位、水溫、地震觀測井。該井處于市區(qū)范圍內(nèi)，周圍為居民區(qū)和辦公區(qū)。濮陽井井深500m，最大井斜30'，采用泥球固井。0～80.27m為244mm套管（外徑），80.27～491.13m為130mm套管（外徑）。398.08～441.3m位置上下有兩層篩管。采用泥漿泵循環(huán)潛清泥漿后抽吸至水清，沉砂19cm。根據(jù)測井資料和周圍地層資料，解釋了各層巖性。0～439.55m為粉細(xì)砂與亞粘土互層，亞粘土單層厚度為3.5～31.5m，砂層厚度為2.5～31m，439.5m以下為巨厚層亞粘土。該井地下水水位、水文動(dòng)態(tài)觀測采用了雙層含水層，上層含水層位于396.55～413.05m，厚度為16.5m，下層含水層位于425.55～439.55m，厚度為14.0m，兩含水層的總厚度為30.55m。

2 水溫觀測資料動(dòng)態(tài)

2003年9月，濮陽井進(jìn)行了水位觀測儀器的改造，安裝了LN-3型水位議，開始了水位數(shù)字化觀測工作。同時(shí)，水位探頭安裝了水溫探測元件，也開始了同層水溫的數(shù)字化觀測工作。觀測數(shù)據(jù)結(jié)果表明，水溫觀測曲線呈現(xiàn)出夏低冬高的動(dòng)態(tài)特征。一直以來，認(rèn)為這種動(dòng)態(tài)特征是濮陽井水溫的正常動(dòng)態(tài)。

3 水溫觀測資料分析及干擾因素判定

2003年9月開展水溫觀測以來，濮陽井水溫觀測數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出夏低冬高的動(dòng)態(tài)變化特征。對此變化特征一直存有疑問。2003年9月開始觀測時(shí)，水位深度為17.45m，水溫探頭在水面下2～6m（隨水位下降而變化）。探頭位置在地面下約20m處，水溫日變化達(dá)0.5℃以上，年變化1.5℃以上，對于水溫觀測來說，這么大的變化是不可能的。

近幾年來，水溫觀測結(jié)果不時(shí)出現(xiàn)大幅度的跳動(dòng)，觀測數(shù)據(jù)變化劇烈。對此現(xiàn)象進(jìn)行了認(rèn)真分析研究，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)水位觀測數(shù)據(jù)大幅波動(dòng)時(shí)，觀測室溫度都發(fā)生了較大變化。室溫升高時(shí)，水溫觀測數(shù)據(jù)下降，室溫下降時(shí)，水溫觀測數(shù)據(jù)上升。這種情況多出現(xiàn)在氣溫突然變化、冬天供暖時(shí)暖氣的開停、夏天空調(diào)的開關(guān)等時(shí)候。一次次的觀測結(jié)果變化情況證實(shí)了這種變化關(guān)系。

4 引起水溫變化的真正原因及儀器的穩(wěn)定性分析

水溫觀測結(jié)果是由觀測儀器產(chǎn)生的。該儀器的不穩(wěn)定性還表現(xiàn)在儀器的匹配問題上。2011年底，“九五”觀測儀器安裝與“十五”數(shù)據(jù)并軌的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換協(xié)轉(zhuǎn)器。協(xié)轉(zhuǎn)器安裝后，水位、水溫觀測不斷出現(xiàn)停機(jī)、死機(jī)、壞數(shù)等情況，使觀測無法進(jìn)行。為正常開展水位、水溫觀測工作，2012年1月4日起，斷開數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，采用人工調(diào)數(shù)的方法，再把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)庫，解決了儀器出現(xiàn)的故障。這是觀測儀器不穩(wěn)定的又一證據(jù)。

5 水溫觀測數(shù)據(jù)的溫度校正（干擾排除）及真實(shí)動(dòng)態(tài)

由以上分析可知，濮陽井水溫觀測結(jié)果受溫度影響，呈現(xiàn)出夏低冬高的年變動(dòng)態(tài)特征，該變化特征與溫度有較好的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)水溫、氣溫（室溫）觀測結(jié)果，計(jì)算溫度對水溫的影響系數(shù)，a=0.088。以室溫20℃為標(biāo)準(zhǔn)溫度，對水溫進(jìn)行定量校正，計(jì)算公式：C水溫=C測+（C室溫-20）*0.088。圖1為濮陽井室溫、水溫、校正水溫曲線圖。

由圖1可知，通過溫度校正，濮陽井水溫觀測曲線的夏高冬低年變動(dòng)態(tài)消失，觀測曲線基本為一直線，波動(dòng)明顯變小。曲線上的個(gè)別突跳為儀器其他故障所致，如出現(xiàn)的壞數(shù)、停電時(shí)發(fā)電供電出現(xiàn)的數(shù)據(jù)突跳等。

因此，濮陽井水溫的動(dòng)態(tài)特征應(yīng)為較為穩(wěn)定、變化波動(dòng)不大的直線型動(dòng)態(tài)。

6 水溫對比觀測

為驗(yàn)證上述結(jié)論，我們開展了濮陽井水溫對比觀測。購買了數(shù)字顯示的溫度測量儀和攝像頭，下載了錄像抓拍程序，于2014年7月15-18日，對濮陽井進(jìn)行了水溫對比觀測。

2014年7月15日8點(diǎn)30分開始對比觀測。首先測量了井孔內(nèi)不同深度的溫度，每5分鐘測量一次。深度為5、15、25、30m米，溫度為20.2、18.8、17.9、17.5℃，從井口向下不斷降低。濮陽井靜水位為30.5m，將探頭下入33.0m，探頭吃水深度2.5m，進(jìn)行水溫測量，水溫溫度為16.8℃。期間，井房溫度28.1～28.6℃。下午14點(diǎn)55分檢查測量結(jié)果，井房溫度33.5℃，水溫溫度為16.9℃。此后，設(shè)置1分鐘自動(dòng)記錄1次。雖然井房溫度從28.6℃變化到35.7℃，但水溫溫度一直保持在16.9℃，并未隨溫度的變化而發(fā)生變化。

上述對比觀測證實(shí)了LN-3型水位觀測儀器的不穩(wěn)定性，受溫度影響使水溫觀測結(jié)果發(fā)生變化。同時(shí)證明，濮陽井水溫動(dòng)態(tài)為穩(wěn)定的直線型動(dòng)態(tài)特征。

7 結(jié)束語

（1）濮陽井水溫觀測結(jié)果受氣溫影響，呈現(xiàn)出的夏低冬高的動(dòng)態(tài)特征是偽動(dòng)態(tài)，不符合水溫變化的實(shí)際情況。（2）水溫觀測數(shù)據(jù)可進(jìn)行定量處理，排除氣溫的影響。通過數(shù)據(jù)處理，水溫?cái)?shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)特征表現(xiàn)為直線形的變化動(dòng)態(tài)，數(shù)據(jù)更為穩(wěn)定，變化幅度很小。對比觀測表明，水溫是穩(wěn)定的，不隨溫度變化而變化，其變化小于0.1℃。這才是水溫的正常動(dòng)態(tài)。（3）氣溫變化對水溫的影響，是觀測儀器不穩(wěn)定造成的，這種情況是不應(yīng)該出現(xiàn)的，應(yīng)對儀器進(jìn)行維修或更換，以取得準(zhǔn)確、可靠的觀測數(shù)據(jù)，更好地應(yīng)用于地震分析預(yù)報(bào)中。（4）觀測數(shù)據(jù)是由觀測儀器得到的，觀測儀器要穩(wěn)定可靠，才能取得準(zhǔn)確、可靠的觀測結(jié)果。（5）2014年水溫觀測結(jié)果較為平穩(wěn)，未發(fā)現(xiàn)地震異常變化。

參考文獻(xiàn)：

[1]張?zhí)炖?黑龍江省地震前兆地下流體觀測情況研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（25）：176.