海口向榮村ZK46井水溫異常動(dòng)態(tài)成因分析

解曉靜　蘇榮托雅　張帆

【摘 要】海口向榮村ZK46井水溫呈現(xiàn)突降及階降階升異常形態(tài)，經(jīng)分析水溫觀測(cè)正常動(dòng)態(tài)形態(tài)，并排除觀測(cè)系統(tǒng)、環(huán)境干擾及同井水位、氣象因素等影響，水溫探頭觀測(cè)深度恰處于套管變徑段，利用井下電視探測(cè)到變徑段井管似有微破裂，井壁存在部分坍塌。后經(jīng)梯度測(cè)量并重新置放探頭深度，水溫?cái)?shù)據(jù)未出現(xiàn)同類異常。因此，認(rèn)為水溫異常形態(tài)應(yīng)是觀測(cè)段環(huán)境受干擾影響所致。

【關(guān)鍵詞】井水溫；異常動(dòng)態(tài)；井下電視

中圖分類號(hào)： P315.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）25-0213-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.25.099

【Abstract】The water temperature of ZK46 well in Xiangrong village of Haikou City shows a sudden drop and abnormal ascending and descending steps.Analyzing water temperature the normal dynamic shape，and excluding the observation system， environmental interference， water level and meteorological factors of the same well. The depth of the water temperature probe is just in the variable diameter section of the casing. After the gradient measurement and replacing the depth of the probe， there is no similar anomaly in the water temperature data. Therefore， it is considered that the anomalous form of water temperature should be caused by the disturbance of the observation section.

【Key words】Well water temperature； Abnormal dynamics； Downhole TV

0 引言

近年來(lái)井水溫高精度數(shù)字化觀測(cè)越來(lái)越普及，已是地下流體學(xué)科重要觀測(cè)項(xiàng)目之一。水溫對(duì)地震的孕育過程具有靈敏的響應(yīng)特征，越來(lái)越受到有關(guān)學(xué)者的關(guān)注。現(xiàn)今井水溫響應(yīng)地震機(jī)理、水溫動(dòng)態(tài)各種特征研究、水溫前兆異常及震例分析已有諸多研究成果[1-5]。

?？谙驑s村流體臺(tái)，于2008年3月安裝了DLZ-1型便攜式流體綜合觀測(cè)儀，包含水位、水溫、氣溫、氣壓及降雨量觀測(cè)項(xiàng)目，現(xiàn)已連續(xù)觀測(cè)近10年。該臺(tái)站ZK46井原是化工廠的一口廢棄民用水井，后利用原有的井房，經(jīng)改造供電等設(shè)備后用于地下流體觀測(cè)，其井孔基礎(chǔ)資料不為完整。自運(yùn)行以來(lái)，各測(cè)項(xiàng)曲線動(dòng)態(tài)總體較穩(wěn)定，映震效應(yīng)也較好，預(yù)報(bào)效能評(píng)估均為B類[6]。但2013年7月至2017年初，該井水溫時(shí)有突降或階降階升異常，經(jīng)有效利用井下電視設(shè)備排查核實(shí)，最終獲得異常原因，本文詳細(xì)給出了成因分析。值得推崇的是，井下電視利用其顯著的可視、精準(zhǔn)成像測(cè)井技術(shù)，現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于地震地下流體異常核實(shí)中，精確地反映了井下的真實(shí)狀況，極大提高了異常核實(shí)工作效率，推動(dòng)了地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)事業(yè)。

1 ZK46井孔概況

?？谙驑s村ZK46井，位于?？谑行阌^(qū)內(nèi)，地理坐標(biāo)為北緯20.00°、東經(jīng)110.26°，井孔標(biāo)高30.0m，井深320.0m，非自流井，所在斷裂位置為馬裊—鋪前斷裂，南距王五—文教斷裂35公里，北距瓊州海峽斷裂15公里，地形地質(zhì)構(gòu)造圖如（圖1），地層巖性為砂礫巖，地下水類型為裂隙混合水。井孔柱狀圖如（圖2）。

2 ZK46井水溫正常動(dòng)態(tài)

如（圖3）所示，給出ZK46井水溫與水位、降水量年、月、日動(dòng)態(tài)曲線圖，可看出，井水溫觀測(cè)以來(lái)年動(dòng)態(tài)變化不明顯，因?？诘貐^(qū)屬熱帶海洋氣候，春夏多雷雨，秋季為臺(tái)風(fēng)季節(jié)，ZK46井水位變化受氣象、開采等環(huán)境影響較大，屬降水補(bǔ)給型，所以井水溫又隨水位變化而變化。井水溫日、月動(dòng)態(tài)表現(xiàn)為與水位呈反向相關(guān)的潮汐周期變化，因井水位多年動(dòng)態(tài)呈緩慢下降型，故水溫多年動(dòng)態(tài)表現(xiàn)為與水位呈反向相關(guān)的緩慢上升型。

3 ZK46井水溫異常動(dòng)態(tài)及成因分析

3.1 井水溫異常概述

2013年7月?？谙驑s村井水溫觀測(cè)探頭發(fā)生故障，經(jīng)更換備用新探頭后重新下放繼續(xù)觀測(cè)，但下放至約118m深度時(shí)，探頭無(wú)法繼續(xù)下放，由井孔柱狀圖可知，井管在118m深度剛好處于變徑結(jié)構(gòu)層位，柱狀圖上可看到此處的變徑是從直徑220mm變?yōu)?59mm，變徑處有一個(gè)30.5mm的臺(tái)階，而水溫探頭直徑應(yīng)為32mm。是否因水溫探頭剛好落于此臺(tái)階上而無(wú)法下放，為此臺(tái)站多名工作人員及儀器廠家專家進(jìn)行多次挪動(dòng)均未能繼續(xù)下放探頭，最終水溫探頭置于約118m深度處進(jìn)行觀測(cè)（原深度為190m）。此后水溫觀測(cè)曲線日動(dòng)態(tài)形態(tài)由原來(lái)的與水位呈反向相關(guān)的潮汐周期起伏型變?yōu)闊o(wú)反向相關(guān)對(duì)應(yīng)的短周期隨機(jī)起伏型，且日、月、年變幅較之前明顯變小，如（圖4、圖5），水溫曲線動(dòng)態(tài)的變化是因探頭放置深度的變更而引起。

然而自更換新探頭觀測(cè)以來(lái)，水溫?cái)?shù)據(jù)時(shí)有突降及階升階降等不穩(wěn)定異常形態(tài)出現(xiàn)，如（圖6）。以往水溫動(dòng)態(tài)雖然穩(wěn)定性較差，但目前該不穩(wěn)定異常形態(tài)甚為突出，且異常出現(xiàn)的頻率較高。

3.2 異常成因分析

首先經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，向榮村井點(diǎn)觀測(cè)環(huán)境良好，周邊無(wú)大型施工作業(yè)，無(wú)明顯干擾源；DLZ-1型綜合觀測(cè)儀器供電系統(tǒng)正常，數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)正常，井口裝置及探頭電纜線固定裝置穩(wěn)定，即可排除觀測(cè)系統(tǒng)及環(huán)境干擾的影響。

同井測(cè)項(xiàng)分析，井水溫異常發(fā)生時(shí)，如上（圖6）所示，對(duì)應(yīng)井水位及氣溫、氣壓、降水量曲線形態(tài)均正常穩(wěn)定，因此，也可排除同井水位及氣象因素的影響。

鑒于以上因素的排除，考慮到無(wú)法確定井孔本身或內(nèi)部是否有異?，F(xiàn)象等，再加上水溫探頭下至118m時(shí)便無(wú)法繼續(xù)下放，其井孔結(jié)構(gòu)是否有變化，決定利用井下電視裝備對(duì)井孔進(jìn)行探查。

在此，先分析井孔結(jié)構(gòu)情況。按照流體觀測(cè)井的建設(shè)要求，其井孔結(jié)構(gòu)均需滿足專業(yè)的觀測(cè)要求，而該ZK46井的建設(shè)原是民用水井而非專業(yè)觀測(cè)井。參考ZK46井孔柱狀圖可看出，結(jié)構(gòu)要素里井深、井徑、過水?dāng)嗝孑^符合流體觀測(cè)要求，而套管、止水等要素資料缺乏，是否符合專業(yè)要求不得而知。按照要求，為保證觀測(cè)井的長(zhǎng)久使用性，套管材料應(yīng)滿足長(zhǎng)久不變形、不破裂與抗腐蝕的要求，而且在觀測(cè)井使用期內(nèi)，套管發(fā)生變形、錯(cuò)位、破裂、腐蝕等事故，不僅直接影響井下的正常觀測(cè)，而且嚴(yán)重干擾觀測(cè)數(shù)據(jù)，常常引發(fā)“偽異常”，嚴(yán)重干擾觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析；為了防止套管晃動(dòng)，套管與井壁圍巖間隙應(yīng)有充填物固定套管；而為防止非觀測(cè)含水層以上的地下水滲入到觀測(cè)井中來(lái)，套管變徑處必須采取止水措施，止水材料可為黏土、水泥、桐油石灰、瀝青、橡膠等[7]。那么ZK46井套管及止水等諸多關(guān)鍵結(jié)構(gòu)要素的建設(shè)較模糊甚至不符合專業(yè)要求，正如現(xiàn)場(chǎng)了解，ZK46井套管為鐵管，屬于易腐蝕材料。

當(dāng)下放井下電視探頭至118m左右深度時(shí)，正如上述水溫探頭下放至118m時(shí)，同樣也無(wú)法繼續(xù)下放，且經(jīng)多次挪動(dòng)或上提再下放均未能繼續(xù)下放。如（圖7）給出井下電視采集部分視頻圖像。由井孔柱狀圖可看出，井管在118米深度剛好處于變徑結(jié)構(gòu)層位，且圍巖產(chǎn)狀為軟質(zhì)巖體凝灰?guī)r。那么在此分析認(rèn)為，在已知ZK46井孔結(jié)構(gòu)建設(shè)不完全符合專業(yè)要求的情況下，很可能存在套管變徑處未采取止水措施，或者止水材料不合格等問題，且鐵質(zhì)材料的套管易腐蝕、破裂，加之圍巖產(chǎn)狀又為軟質(zhì)巖體，觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)久后，造成該118m左右井段套管逐漸被井水腐蝕產(chǎn)生微變形破裂，同時(shí)部分井壁產(chǎn)生坍塌，正如井下電視視頻中看到的井壁有裂縫，且井水內(nèi)有雜物堵塞，從而導(dǎo)致水溫探頭和井下電視探頭均受阻無(wú)法下放（井水應(yīng)仍是連通狀態(tài)的）。那么，可推斷井水溫探頭置于此處觀測(cè)，觀測(cè)環(huán)境受干擾影響較明顯，故產(chǎn)生水溫?cái)?shù)據(jù)時(shí)有突降或階降階升的異?，F(xiàn)象，亦即上述的“偽異常”，并非地震前兆異常。

3.3 改進(jìn)措施及資料分析

針對(duì)此異常，考慮到水溫探頭因受阻無(wú)法下放，為了避開該易受干擾影響的層位，暫時(shí)采取上提水溫探頭并置放合適深度的措施，進(jìn)而跟蹤新觀測(cè)深度的曲線動(dòng)態(tài)情況。因此，查閱早前的水溫梯度測(cè)量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)其較粗略，無(wú)法用于新觀測(cè)深度的準(zhǔn)確定位。為此，嚴(yán)格按照溫度梯度測(cè)量要求，重新對(duì)ZK46井進(jìn)行了測(cè)量，水溫探頭最終確定投放于井下102米深度處進(jìn)行觀測(cè)，如（圖8）為ZK46井溫度-深度、溫度梯度-深度合并圖。

重新置放水溫探頭觀測(cè)以來(lái)，截至目前曲線動(dòng)態(tài)正常，未出現(xiàn)以前的突降或階降階升等不穩(wěn)定形態(tài)，如（圖9）。

4 結(jié)論與討論

?？谙驑s村ZK46井水溫自2013年7月以來(lái)出現(xiàn)的突降、階降階升異常，是因水溫探頭置放深度正好處于套管變徑層位，而因該井套管材料及建設(shè)不符合要求，且套管變徑處未采取止水措施或止水效果差等原因?qū)е伦儚教幘墚a(chǎn)生微破裂，井壁存在部分坍塌，利用井下電視設(shè)備核實(shí)異常過程中能較清楚地看到水溫探頭置放于此井段，而該井段觀測(cè)環(huán)境已遭破壞，受干擾程度明顯增強(qiáng)，進(jìn)而干擾水溫觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生異常形態(tài)。

截至目前數(shù)據(jù)曲線形態(tài)較穩(wěn)定，未出現(xiàn)以前的突降或階升階降形態(tài)，但ZK46井本為民用水井，非地震專業(yè)建設(shè)井，且目前已由井下電視設(shè)備清楚核實(shí)到118m左右深度變徑段井管有微破裂及坍塌現(xiàn)象。因此，雖然調(diào)整探頭后觀測(cè)水溫動(dòng)態(tài)較穩(wěn)定，但時(shí)間長(zhǎng)久后，井孔的被破壞程度會(huì)愈加嚴(yán)重，會(huì)嚴(yán)重干擾觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生“偽異常”或其它狀況等。

在此，建議向榮村臺(tái)向相關(guān)專家咨詢并對(duì)ZK46井進(jìn)行改造修復(fù)，以確保觀測(cè)數(shù)據(jù)長(zhǎng)久穩(wěn)定，真正為地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作所用。

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