山東諸城井深層水溫對比觀測研究

耿杰++張玲

摘要：2015年11月至2016年8月諸城井完成了水溫不同深度對比觀測儀器安裝調試與產出數據的試驗，在對產出數據進行直觀和定性分析的基礎上，對不同深度、同層位、不同通道的2套地熱水位綜合觀測儀產出數據進行了趨勢、方差和均值的一致性檢驗。結果表明：諸城井不同深度水溫觀測數據與地溫梯度測試結果基本一致，顯示水溫產出數據是可靠的；經一致性檢驗，同層位水溫變化趨勢、方差一致，但均值不一致，表明綜合觀測儀器產出數據間有一定的系統誤差，數據變化本底值有一定的差異。

關鍵詞：諸城井；水溫觀測；一致性檢驗

中圖分類號：P315723文獻標識碼：A文章編號：1000-0666（2017）02-0226-07

0前言

2015年3月25日，山東省地震局監測預報處組織專家對諸城井流體對比觀測實施方案進行了論證，初步確定在諸城井不同深度安裝8個水溫傳感器和2個水位傳感器，實施數字化水溫對比觀測，以期為地震分析預報與研究提供有價值的觀測數據。

按照論證后的實施方案和國家相關規定，山東省地震局完成了儀器（DRSW-2 地熱水位綜合觀測儀）招標采購，在此基礎上于2015年11月至2016年8月先后完成了設備安裝調試、井房及避雷網改造、地溫梯度測試、儀器設備安裝、主機軟件更新升級、UPS電源及氣象三要素儀器安裝，并在分析不同儀器、不同通道產出數據的基礎上，進行了儀器主機工作狀態及不同深度產出數據的試驗觀測。本文對諸城井安裝完成后儀器所產出的水溫數據進行了系統分析研究，并對同層位對比觀測的2套水溫儀器產出數據，進行了趨勢、方差和均值的一致性檢驗。

1井孔及觀測基本情況

諸城井由勝利油田地質鉆井公司第二分公司鉆探完成，于1997 年 12 月 24日開始，至1999 年 2 月 8 日成井，是石油部門為揭露諸城凹陷地層層序、巖性特征，探查諸城凹陷含油氣情況而鉆探的。

諸城井位于諸城市昌城鎮大下泊村東約900 m，構造位置處在膠萊坳陷西南端的諸城凹陷辛興鼻狀構造帶上，井深5 005 m，上部套管3 138 m，井孔自上而下有新生界第四系平原組，中生界白堊系王氏組、青山組、萊陽組等地層，地層巖性主要是砂巖、礫巖、凝灰巖等。觀測含水層為中生界白堊系萊陽組。

2007年4月，諸城井開展數字化地下流體水溫、水位觀測，采用SZW-1A型數字式溫度計進行地熱觀測。改造前水溫探頭投放深度為600 m，采用LN-3A數字水位儀進行數字化水位觀測后，探頭投放深度為30094 m。

自投入觀測以來，諸城井水溫、水位的長期動態特征基本清晰，無年動態變化，變化有一定規律，不受當地降雨和地下水開采、灌溉影響。諸城井水溫觀測資料顯示水位變化呈現穩定性較好的趨勢上升變化，在數次大震時未發現同震效應。無水位固體潮記錄，記錄水震波能力較差。水位觀測同震響應不顯著，僅對部分強震有響應。諸城井含水層簡單，干擾因素相對較少，數據變化信度較高，該井地下流體觀測資料對震情判定有一定的作用，在震情會商中得到了有效應用。[HJ]

2水溫對比觀測的實施

[KG（0.2mm]按照《地震及前兆數字觀測技術規范——地下流體觀測（試行）》（中國地震局，2001）及《地震地下流體觀測方法井水位觀測》（DB/T 48—2012）的相關規定，2016年3月5日，山東省地震局對諸城井進行了地溫梯度測試，起始測點為井口以下75 m，測點間距為50 m，每50 m進行 30 min的溫度測量，共測量了19個不同層位的水溫值，最深測試深度為975 m。地溫梯度測試結果顯示：諸城井全井段處在正梯度，全井段溫度梯度處在（25～4） ℃/hm區間；400 m以上井段，溫度梯度振蕩幅度較大，400 m以下，溫度梯度振蕩幅度明顯減小；全井段溫度梯度以-0067 3 ℃/hm的速率下降，即隨著深度的增加，溫度梯度減小。地溫梯度的測試結果與該井“十五”數字化建設改造地溫梯度測試結果一致。

在對諸城井地溫梯度測試結果進行分析的基礎上（車用太等，2002；孫亞強等，2001），結合“諸城井流體對比觀測實施方案”論證討論結果以及現場工作實際情況，2016年3月6日至4月19日，山東省地震局完成了2套DRSW-2 地熱水位綜合觀測儀和RTP-2型氣象三要素儀器設備安裝與調試（表1），同時完成了山特3KVA不間斷電源的安裝。為了保證儀器供電電源的連續性，2套綜合主機各接入同一原控。安裝完成后的2套水位、8套水溫及氣象三要素的全部儀器均已接入山東省地震局前兆未參評儀器服務器，數據開始采集入庫，選取綜合主機2水位（設備號1528）和600 m深度水溫（設備號986）作為參評儀器，接入安丘節點前兆服務器。

3深層水溫對比研究

對比諸城井水溫數據與同深度地溫梯度測試結果（圖1），發現二者測值相近。不同深度水溫短期日動態均顯示為短周期隨機波動變化（汪成民等，1988；王吉易等，1997），2套水溫觀測儀器在600 m深度綜合主機2產出的數據與原“十五”投測觀測儀器產出數據的趨勢變化形態和上升速率一致；綜合主機1在800 m深度產出的觀測數據，同時顯示為趨勢下降變化，且趨勢變化形態和下降速率基本一致（圖1 a，b）。

[JP2]為了進一步考察2套主機及其通道的工作狀態，于2016年8月30日將綜合主機2第二通道的600 m探頭接入主機1第三通道，將綜主機1第三通道的800 m探頭接入主機2第二通道，并完成相關參數配置，實施了主機1、主機2不同通道不同層位探頭產出數據（圖1 c，d）的進一步分析對比檢驗。[JP]

[BT（2]31同層位水溫觀測產出數據的一致性檢驗[BT）]

在對諸城井水位和不同深度多層位水溫產出數據進行直觀對比、定性描述的基礎上（蔣駿等，2000；賈化周等，1995），選取2016年7月和9月諸城井深層水溫600 m和800 m兩個不同層位的水溫產出數據，選擇同時刻的觀測值（整點值）進行對比計算，以檢驗其同時刻及較長時段觀測資料的一致性。

對諸城井600 m和800 m深度同層位并行觀測的2套綜合主機產出數據進行了變化趨勢、方差及均值一致性的統計檢驗（李慶海，陶本藻，1982；謝中華，2010）。如完全通過檢驗，則表明兩者統計性狀完全一致，資料可進行無縫連接使用；若趨勢及方差一致但均值不一致，則表明2套儀器產出數據的本底值不同；若趨勢一致但均值及方差不一致，則表明2套儀器產出數據相關性較好，即數據變化形態一致性較好，但數據本底值、變化幅度等有所不同；若三者皆不一致，則須對儀器產出數據的可靠性作進一步分析和檢測。

32同層位水溫一致性檢驗方法

（1）變化趨勢一致性檢驗——相關系數檢驗法

令xi及yi（i=1，2，…，n，n為統計天數）分別表示同深度2套儀器相同時刻的觀測值，則相關系數r為：[KH*2/3D]

[JP4]r[KG-*4]=[SX（]n∑[DD（]ni=1[DD）]xiyi-∑[DD（]ni=1[DD）]xi∑[DD（]ni=1[DD）]yi[KG-*3][KF（][JB<2*[]n[KG-*2]∑[DD（]ni=1[DD）]y2i[KG-*3]-[KG-*3][JB<2*（]∑[DD（]ni=1[DD）]yi[JB>2*）]2[KG-*2][JB>2*]][KG-*3]·[KG-*2][JB<2*[]n[KG-*2]∑[DD（]ni=1[DD）]x2i[KG-*3]-[KG-*3][JB<2*（]∑[DD（]ni=1[DD）]xi[JB>2*）]2[KG-*2][JB>2*]][KF）][SX）] [JY]（1）[JP][KH*4/3]

定性地看，r值越趨近于1，則二者的變化趨勢越一致，取定顯著性水平α=001或α=005或α=01，自由度f=n-2，進而可確定相應于一定顯著性水平α及自由度f的最小相關系數r0，若r>r0則檢驗通過，否則不通過。

（2）樣本方差的一致性檢驗——F檢驗

xi、yi分別為同深度2套儀器相同時刻的觀測值，令其長度分別為nx及ny，統計量F定義為：[KH*3/4]

F=[SX（]S2xS2y[SX）]-F（nx-1，ny-1）[JY]（2）[KH*3/4D]

其中：S2x、S2y分別為2組數據的樣本方差。建立統計量F時已認定分子大于等于分母，即始終有F≥1。取定顯著性水平α=001或α=005或α=01，可得相應于顯著水平為α、第一自由度為（nx-1）、[JP3]第二自由度為（ny-1）所對應的Fα（nx-1，ny-1）；[JP]若F>Fα（nx-1，ny-1），則否定一致性假設；若F

若前述方差一致性檢驗得以通過，則可看作等精度觀測，否則屬不等精度觀測。

（3）均值的一致性檢驗——t檢驗

均值一致性檢驗統計量t定義為：[KH*1]

t=[SX（]（[AKx-D]-[AKy-D]）[KF（][SX（]S2xnx[SX）]-[SX（]S2yny[SX）][KF）][SX）] [JY]（3）[KH*1D]

取定顯著性水平α=001或α=005或α=01，自由度f=nx+ny-2，得t分布臨界值tα（nx+ny-2），使得P{[JB<1|]t[JB>1|]≥tα（nx+ny-2）}=α。進而可進行檢驗：若[JB<1|]t[JB>1|]>tα（nx+ny-2），則檢驗不能通過，二者均值不一致；若[JB<1|]t[JB>1|]

33同層位水溫一致性檢驗結果

對2016年7月和9月諸城井2套綜合觀測主機產出的600 m和800 m深度水溫同時段數據進行統計檢驗，結果見表2，以上對比檢驗取顯著性水平α=005（耿杰等，2001；張煒等，1988）。計算結果表明，同深度不同主機產出的水溫數據有較一致的變化趨勢和方差，但2個層位不同時段t檢驗均未通過，顯示2個層位的2套不同主機及不同通道的產出數據均值不一致，即不同主機或觀測系統間存在一定的系統誤差。

[BT1+*2/3]4結論

綜合上述對諸城深層水溫對比觀測產出數據的研究與分析結果，得出以下分析結論：

（1）諸城井不同深度水溫觀測產出數據與地溫梯度測試結果基本一致，顯示不同層位水溫產出數據是可靠的，產出資料可用于地震分析預報。

（2）諸城井同層位水溫對比觀測資料的一致性檢驗結果顯示，同層位水溫變化趨勢、方差一致，但均值不一致，表明2套數字化綜合觀測儀器產出數據間有一定的系統誤差，其變化本底值、變化幅度有一定的差異。

（3）開展諸城井同型號儀器多層位水溫對比觀測為分析水溫異常變化提供了可靠的依據，同井不同深度的水溫觀測為分析不同層位之間水溫影響如水溫的對流、彌散、傳導的影響方式和影響程度提供了可靠的第一手觀測數據。

（4）對比諸城井2套觀測主機產出水溫數據，發現不同主機采集通道不同，對產出數據有一定的影響，有待協商儀器生產廠家進行進一步檢查和調試。[KH*1D]

參考文獻：

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[WT5"B1X][JZ]（Earthquake Administration of Shandong Province，Jinan 250014，Shandong，China）

[WT5HZ][JZ]Abstract[WTB1]

From November 2015 to August 2016，we have completed the installation and debugging of contrast observation equipment as well as the test of output data at water temperature of different depth in Zhucheng well Based on the intuitive and qualitative analysis of the output data，we have tested the consistency of the trend，variance and mean of output data from two sets of different channels at water temperature of different depth of the same layer in the well The observation data of water temperature in different depth of the well is basically consistent with the result of geothermal gradient，which shows that the output data of water temperature is reliable The results of consistency test with the observation data of water temperature at contrast layers in the well confirmed the same horizon temperature change trend and variance，but the mean is not same，which shows that the output data from comprehensive observation instruments showing the system error and that the background value of data change is certain different

[WTHZ]Keywords：[WTB1]Zhucheng well；water temperature observation；consistency check