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”數字化水溫出現了加速升高，上升幅度達到7‰，之后處于高值波動狀態。經核實，數據升高定義為不明原因異常，至今該異常已經持續了25個月。高值異常持續時間較長，回顧歷史無典型震例對應，我們有必要再度思考和研究。

關鍵詞：不明原因異常；震例；相關性；探頭位置

0 引言

井水溫度的變化是在區域地熱背景條件下，由于井的含水層系統中熱物質上涌、冷熱水運動等水熱動力作用和介質變形、巖石破裂、斷層摩擦等構造熱動力作用引起的［1］。在井口使用專用觀測儀器，按照規定的觀測技術要求，連續測量井水溫度隨時間的變化，產出相關數據，獲取與地震相關的信息。大量的震例表明地熱觀測手段在目前的分析預報工作中發揮著積極的作用。然而，每次地震的發震機理不同，在地震孕育階段和臨震時地熱（以下稱水溫）的變化形態也是各有差異，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折下降，之后處于高值波動狀態。針對水溫存在的異常情況，2013年10月我局進行了月會商分析，結論是繼續跟蹤。2014年6月遼寧省地震局預報研究中心同岫巖地震臺聯合開展了水溫異常情況現場落實工作。分析認為：2013年至2014年遼寧及周邊地區無較大地震（大于ML5.0）且2007年6月以來進行數字化同井水位、水溫觀測，至今無較好震例，水溫預報效能評估結果為C類。異常出現后，同期無水位異常變化。“十五”水溫是數字化觀測，觀測技術人員沒有變動，儀器探頭位置沒有改變，排除了人為干擾。儀器系統運行良好無故障，產出數據無錯誤。核實結論是把它作為短期異常進行跟蹤，看其未來是否有轉折。截至2015年10月該情況持續25個月，我們有必要對該異常做出再次的調查、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。所處構造部位為北洋河－岫巖構造與岫巖縣偏嶺構造結點附近，位于縣內次級構造大洋河斷裂西側（表1）。在觀測井西部100m處，有一條季節性的小河溝，北部2000～3000m的大洋河一帶為地下水補給源［2］。

1.1 岫巖一號井開發利用概況

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型日記水位計進行水位觀測至今。2007年6月1日，岫巖一號井新增LN-3A型數字水位儀進行水位并行觀測。“九五”水溫探頭下井深度180m，水溫19.2oC，于2012年11月停止觀測。“十五”水溫探頭下井深度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特征

岫巖一號井的動態變化主要受到降水和氣壓等自然因素影響。水位與氣壓呈負相關變化，同時，水位的變化受降水的補給影響，隨著補給的增加，水位升高。“九五”水溫受到外界降水補給影響呈現升降變化，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）。“十五”水溫幾乎不受到降水和氣壓影響，無明顯相關性。

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

圖3　水位與氣壓相關性圖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折下降，之后高值波動持續至今。

2.2 正常動態

2007年啟動“十五”水溫觀測，儀器不穩定多次出現故障。經過多次調整，2011年之后的數據資料比較穩定。2011年至2013年9月數據趨于直線型，2013年10月至今數據仍然趨于直線型。

2.3 水位與水溫相關性分析［3］

2.3.1 水位與“九五”水溫的相關性

水位有谷值和峰值的變化，“九五”水溫也在同期呈現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”水溫的相關性

“十五”水溫呈逐年趨勢性上升變化與水位在形態上無相關性變化。短期（一年）水位有明顯年變，正常年份谷值出現在二月和三月，峰值出現在雨季七月和八月，水溫無明顯年變，短期水位水溫不存在協調性變化。從多年的趨勢變化分析水位變化較為平穩，水溫表現為多年的趨勢緩慢的上升變化，二者不存在趨勢性協調變化（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，經過維修、更換、調整逐漸產出較穩定的數據。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日儀器維修調試，19日恢復工作。2009年1月20日水溫儀出現故障，導致曲線連續脈沖式突跳，原因不明，聯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；21日13時50分至54分出現一次突跳，22日多次脈沖式突跳，23日連續突跳，多次聯系省局和國家局，確定是儀器故障，建議觀察一段時間。故障持續五天后，儀器24日自行恢復正常工作（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

因儀器系統固有因素，水溫數據不穩，2009年10月27日省局將其更換，采用新觀測系統。經維修后，2010年6月上旬，儀器系統更換為原始系統，數據自動入庫，由于儀器探頭位置略有改變，數據出現臺階。2011至2012年數據變化平穩，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，轉換器無法正常工作，缺數三天。2012年8月4日岫巖地區普降暴雨，儀器受雷電干擾，水溫突跳、缺數（圖8）。

2.5 典型映震特征

我臺對“九五”水溫的映震情況進行了總結和概述：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低值現象（降水431.5mm），8月13日水溫達最低值，變幅17.8‰，之后轉折上升，8月24日岫巖發生了3.7級地震；2008年4月24日水溫高值異常后轉折下降，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畸變；2010年2月27日智利MS8.8級地震后，水溫形態與水位反向，6月份恢復，12月份水溫與水位形態不同步，2011年2月恢復；2011年2月14日水溫突然下降，多次低溫波動，3月1日達最低溫度，次日波動上升至日本地震發生，震后水溫突升是典型的脈沖型同震響應（圖8）。2012年11月份由于儀器故障停止觀測。“十五”水溫自觀測以來無典型震例對應。

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，水溫異常已經持續25個月，期間數據有小幅的轉折變化，無顯著地震對應，高值波動異常仍然持續。為此，有必要對當前的高值情況做出再次判斷。我們對儀器的觀測系統進行了再次排查，無故障。對觀測環境的檢查結果是：自然環境無大的改變，無抽水蓄水現象，周邊無重大工程，場地無變化；人為干擾幾乎不存在；觀測人員無變動，產出數據真實可靠。數據產出常用的有整點值、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變化，用日觀測值的曲線判斷異常，岫巖水溫無年變規律。從幾年的觀測數據來看2011年至2013年9月水溫數據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，這種變化持續至今（25個月）。

分析認為：

（1）岫巖一號井“十五”水溫觀測以來動態的穩定性較差，無震例對應，預報效能評價為C類。不明原因高值波動的情況持續時間較長，雖有波動但無映震，2011年10至11月也發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行跟蹤，由于時間較長也可判斷為水溫的年變基值發生改變，形態不變，應加強重視。

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

（3）2013年9月初水溫有一個加速升高之后小幅下降過程，應該是地球內部物理場發生了改變，在應力的相互作用下，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水平。

3 結論與討論

（1）“十五”水溫新的動態水平已經持續了25個月，時間尺度較長，結合本臺站觀測手段分析均無異常情況，省內及周邊其他臺站觀測手段異常情況的出現與岫巖水溫高值在時間及分布上無相關性及配套性。2012年至2015年營口—蓋州地區曾多次發生4級左右小震群活動，分析認為蓋州震群活動與水溫日常動態的變化在時間上無明顯對應關系，震級大小與水溫的變化幅度也沒有明顯對應關系。我們可以將現在的高值情況視為近兩年水溫的正常動態變化。

（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，日動態變化明顯不同，因此水溫探頭位置的選取，是我們進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，水溫潮汐效應明顯的區段。我臺“十五”水溫探頭位置的選取是否完全符合專業技術要求，是否能夠及時準確的反應出地球內部物理場的信息，還需要相關的實驗來驗證，比如對比觀測。因此，再次對探頭位置進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，做出進一步的分析判斷。

參考文獻：

［1］劉佳麗.岫巖1號井數字化水位觀測內在質量分析［J］.防災減災學報，2013，（2）.

［2］劉耀煒，陸明勇，等.地下流體動態信息提取與強震預測研究［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

文獻標志碼：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，畢業于防災科技學院，本科，工程師，現主要從事地震監測分析預報和震害防御工作。E-mail：02101LjL@163.com