巢湖皖14井高精度水温变化机理探讨

王 俊张 军周振贵缪 鹏孙盼盼杨源源安徽省地震局，合肥 230031安庆地震台，安徽安庆 246735

巢湖皖14井高精度水温变化机理探讨

王 俊1）张 军1）周振贵2）缪 鹏1）孙盼盼1)杨源源1)
1）安徽省地震局，合肥 230031
2）安庆地震台，安徽安庆 246735

巢湖皖l4井数字化水温仪架设属于“十五”项目，2007年9月正式开始观测，仪器型号为SZW-1A，水温探头位于井下195 m处。该井水温日动态属于随机波动型，长期动态属于复合型。长期观测资料结果表明，该井数字化水温观测资料信息量丰富，不仅有降雨、气压的扰动，还有大震的同震效应和震后效应。为进一步研究该井水温变化机理，对该井高精度水温观测环境、数字化观测资料，以及在−160 m处架设了一套同型号水温观测仪进行多层水温动态变化特征进行分析研究。以2012年4月11日印尼8.6级地震为例，以巢湖皖14井水温同震响应所获得的数据为分析基础，进行数值模拟计算，根据同震响应过程中井孔系统水温度变化与热传导间的关系进行机理研究。

（1）两套仪器测值的变化趋势。通过对比看出两套不同深度的水温变化趋势、变化速率基本上是一致的，观测数据的稳定性符合长期稳定性指标。

（2）水温梯度实验。对不同深度处水温对比观测研究表明，110 m以上水温线性度较差，井孔封闭性不好；110 m以下水温线性较好，井管下部封闭性较好，100～200 m之间的温度差为1.456℃（图1），表明巢湖14井属于低梯度井孔。

图1　巢湖皖14井水温观测系统(a)及水温梯度测试曲线(b)

（3）井水温变化与热传递方式判别。总结了该井在肥东地震、印尼地震前不同层水温的变化情况，以印尼地震为例分析得出，巢湖皖14井上、下层水温变化存在时间差，井孔水温热传递的方式为热对流。

（4）井孔水温数值模拟分析。通过两套水温记录下降的时间间隔，计算出井孔内瞬时水流流速为14.6 cm/s，并建立温度场的模拟模型，结果表明，同震效应下，巢湖14井不同深度处水温差异变化是由于温度差引起热能流动，即下部含水层以热对流方式进行能量传递给上部含水层。模拟结果与实际情况存在一定差异，但总体变化趋势相同；径向温度分布不均匀，距井孔中心距离越大，温度越低，在井孔中心附近温度较大，且温度随时间衰减呈非线性函数，距井孔中心越近衰减越快，反之，越远衰减速率减慢。

（5）探讨与结论。①从不同深度两套水温比测时记录的降雨及微动态特征分析，降雨影响时上层水温先下降，下层水温滞后；而异常微动态总是下层水温先记录到下降，上层水温滞后。这样的观测事实对判定异常是有益的。②对巢湖皖14井大震激发后井中水温的变化进行了数值模拟，并与实际观测数据进行了对比，认为该井水温远大震后出现下降主要是井内出现热对流所致，其根本原因是地震发生后，含水层骨架发生变形使得井孔含水层的孔隙水压力上升（下降），引起含水层中地下水向井孔中吸收（注入）水，引起高精度温度传感器附近热量运移，从而导致井孔水温发生变化。③模拟结果表明，径向温度分布不均匀，距井孔中心距离越大，温度越低，在井孔中心附近温度较大，且温度随时间衰减呈非线性函数，距井孔中心越近衰减越快，反之，越远衰减速率减慢。④井孔含水层温度变化的同震变化形态（下降、上升或不变）与井孔水温梯度、井孔空间分布和热源之间相对位置、井孔构造条件等因素有关。