河北懷來(lái)懷3井水溫梯度測(cè)試及結(jié)果分析

宋曉冰，張鳳秋，王銳鋒，只 楠

(河北省地震局懷來(lái)地震臺(tái)，河北 懷來(lái) 075400)

0 引言

懷3井是高溫?zé)崴粤骶?，由于受?jīng)濟(jì)建設(shè)不斷發(fā)展的影響，于2008年斷流，原來(lái)進(jìn)行的水氡觀測(cè)也于2011年底停止，為更好地發(fā)揮懷3井在地震監(jiān)測(cè)中的作用，擬進(jìn)行靜水位井水溫觀測(cè)。按照儀器安裝及規(guī)范要求，水溫探頭應(yīng)投放到觀測(cè)井溫度波動(dòng)最小部位，需要實(shí)地測(cè)量確定最佳部位，即進(jìn)行溫度梯度測(cè)量。因此，按要求對(duì)懷3井進(jìn)行溫度梯度測(cè)量，找到觀測(cè)井溫度波動(dòng)的最小部位，確定探頭投放位置，提高水溫觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，得到效果比較好的地?zé)崆罢仔畔1]。

1 懷3井概況

懷3井位于河北省懷來(lái)縣后郝窯村，距縣城13 km，海拔高程487 m，地質(zhì)構(gòu)造屬于東西向陰山構(gòu)造帶內(nèi)蒙古背斜以南和北東向祁呂構(gòu)造系與燕山沉降帶交匯部位。該區(qū)新構(gòu)造活動(dòng)明顯，垂直差異活動(dòng)十分強(qiáng)烈，形成一系列斷陷盆地，如懷來(lái)—延慶盆地、涿鹿盆地、陽(yáng)原盆地、蔚縣盆地等[2]。

懷3井于1971年10月成井，井深288.41 m，位于后郝窯熱田區(qū)，水溫高達(dá)80多度，礦化度為0.922 g/L，觀測(cè)層深度為72.5～206.3 m，觀測(cè)層時(shí)代巖性為第三系砂礫巖，地下水類(lèi)型為SO4-Na。懷3井井孔柱狀圖如圖2所示。

2 懷3井溫度梯度測(cè)量

測(cè)量?jī)x器采用北京中科光大自動(dòng)化技術(shù)有限公司生產(chǎn)的ZKGD3000-N型地下流體自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器，該儀器具有高精度、高分辨率、高集成、大容量存貯等特點(diǎn)。

圖1 懷3井地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.1 Geological structure map of well Huai 3

圖2 懷3井柱狀圖Fig.2 Borehole histogram of well Huai 3

2.1 溫度梯度測(cè)量

根據(jù)地下流體觀測(cè)規(guī)范的要求，對(duì)于井深超過(guò)200 m的井孔，為減少氣溫、地表水等其他外界環(huán)境干擾，選擇從該井100 m處進(jìn)行測(cè)試，每10 m一個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)保持穩(wěn)定后連續(xù)讀取5個(gè)值，取5次的平均值作為該測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值(見(jiàn)表1)。

表1 水溫梯度測(cè)量數(shù)據(jù)Table 1 Value of water temperature gradient

由表1可見(jiàn)，隨著深度的增大，水溫平均值逐漸增大。水溫隨深度變化曲線如圖3所示，顯示兩者有較好的線性變化，屬正梯度；在160 m處，水溫變化幅度最小，只有0.104 2 ℃；隨著深度的增加水溫變化幅度逐漸增大，直到190 m處溫度變化趨勢(shì)變緩。

圖3 水溫隨深度變化曲線圖Fig.3 Variation of water temperature with depth

2.2 觀測(cè)部位的確定

懷3井位于懷來(lái)后郝窯熱田區(qū)，熱田區(qū)內(nèi)發(fā)育有4條斷裂，把4條斷裂的活動(dòng)差異與熱田區(qū)不同部位熱水特征的差異進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩者之間存在著明顯的相關(guān)關(guān)系。熱水溫度高、壓力大的部位，斷裂活動(dòng)強(qiáng)度大，隨著熱水溫度與壓力的下降，斷裂活動(dòng)強(qiáng)度也逐漸變?nèi)?。這種對(duì)應(yīng)關(guān)系說(shuō)明熱水參與了斷裂活動(dòng)。熱水的高孔隙壓力與高溫致使斷層面摩擦強(qiáng)度明顯降低，因此在同一構(gòu)造力作用下，其錯(cuò)動(dòng)的距離明顯增大，從而使斷裂活動(dòng)變得更加顯著[3]。

懷3井從1972年開(kāi)始水氡觀測(cè)，2009年改造時(shí)新安裝逸出氣汞觀測(cè)，2010年由于受周邊不斷開(kāi)發(fā)的影響導(dǎo)致斷流，水氡觀測(cè)也受到影響，導(dǎo)致停測(cè)。距離懷3井100 m的懷4井屬同一構(gòu)造帶，懷4井的水汞觀測(cè)在1996年包頭6.4級(jí)地震、1998年張北6.2級(jí)地震、2002年懷來(lái)4.4級(jí)地震前均有明顯的短臨異常出現(xiàn)，說(shuō)明該區(qū)域斷裂活動(dòng)比較明顯[4]。

2016年4月28日完成水溫梯度測(cè)量后，進(jìn)行水溫觀測(cè)試驗(yàn)，因水溫過(guò)高，導(dǎo)致12月27日探頭故障，2017年3月18日廠家更換新探頭，由于懷3井是高溫?zé)崴?，考慮水溫探頭的耐熱性，根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果(見(jiàn)圖4)，在140～160 m內(nèi)，溫度變化在0.105 47～0.104 20 ℃之間，變化幅度最小，說(shuō)明觀測(cè)受地下水活動(dòng)影響較小。與同時(shí)間段的氣溫、氣壓、降雨量對(duì)比發(fā)現(xiàn)，氣溫、氣壓、降雨量對(duì)水溫?zé)o較大影響。因懷3井是高溫?zé)崴?，不同于冷水井，溫度梯度變化幅度比較大，受附近同層井抽水影響較大，選擇將探頭放置在150 m處，可以得到信噪比較高的地?zé)崆罢仔畔?，為該井的最佳觀測(cè)部位。

圖4 水溫、氣溫、氣壓、降雨量分鐘值曲線圖Fig.4 The minute value of water temperature, air temperature, pressure and rainfall

3 結(jié)論

通過(guò)以上分析得出如下結(jié)論。

(1) 隨深度增加,水溫平均值逐漸增加，顯示較好的線性關(guān)系，屬于正梯度，分鐘值日變化量0.001 6 ℃。

(2) 150 m處溫度變化范圍0.105 47 ℃～0.104 2 ℃，波動(dòng)較小，是該井較理想的前兆觀測(cè)部位。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李 婧，吳海波，朱家明，等.延壽地震臺(tái)水溫梯度測(cè)量及結(jié)果分析[J].防災(zāi)減災(zāi)學(xué)報(bào)，2013(4)：67-69.

[2] 宋曉冰，李海孝，張?；郏?河北沙城2002年8月3日ML4.4地震前水汞異常分析[J].華北地震科學(xué)，2003，21(1)：39-42.

[3] 宋曉冰，張常慧，宋貫一，等.從懷來(lái)4井水化學(xué)異常變化分析流體在孕震過(guò)程中的作用[J].中國(guó)地震，2005(2)：285-290.

[4] 宋曉冰，張?；?，李海孝，等.懷4井水汞映震機(jī)理分析[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2006，27(增刊)：17-21.