岫岩一号井水温异常分析

刘佳丽，寇泽峰

（岫岩地震台，辽宁 岫岩 114300）



岫岩一号井水温异常分析

刘佳丽，寇泽峰

（岫岩地震台，辽宁 岫岩 114300）

摘要：2013年9月岫岩一号井“十五”数字化水温出现了加速升高，上升幅度达到7‰，之后处于高值波动状态。经核实，数据升高定义为不明原因异常，至今该异常已经持续了25个月。高值异常持续时间较长，回顾历史无典型震例对应，我们有必要再度思考和研究。

关键词：不明原因异常；震例；相关性；探头位置

0 引言

井水温度的变化是在区域地热背景条件下，由于井的含水层系统中热物质上涌、冷热水运动等水热动力作用和介质变形、岩石破裂、断层摩擦等构造热动力作用引起的［1］。在井口使用专用观测仪器，按照规定的观测技术要求，连续测量井水温度随时间的变化，产出相关数据，获取与地震相关的信息。大量的震例表明地热观测手段在目前的分析预报工作中发挥着积极的作用。然而，每次地震的发震机理不同，在地震孕育阶段和临震时地热（以下称水温）的变化形态也是各有差异，不能一概而论，也增加了地震前兆异常识别的难度。

岫岩一号井自2013年9月初水温加速升高，变幅7‰，至10月初水温有小幅度的转折下降，之后处于高值波动状态。针对水温存在的异常情况，2013年10月我局进行了月会商分析，结论是继续跟踪。2014年6月辽宁省地震局预报研究中心同岫岩地震台联合开展了水温异常情况现场落实工作。分析认为：2013年至2014年辽宁及周边地区无较大地震（大于ML5.0）且2007年6月以来进行数字化同井水位、水温观测，至今无较好震例，水温预报效能评估结果为C类。异常出现后，同期无水位异常变化。“十五”水温是数字化观测，观测技术人员没有变动，仪器探头位置没有改变，排除了人为干扰。仪器系统运行良好无故障，产出数据无错误。核实结论是把它作为短期异常进行跟踪，看其未来是否有转折。截至2015年10月该情况持续25个月，我们有必要对该异常做出再次的调查、分析和研究。

1 岫岩一号井概况

岫岩一号井位于岫岩县西北营子村，高程为76.0m。井孔岩性为古生代花岗岩，地下水类型为基岩裂隙承压水。所处构造部位为北洋河－岫岩构造与岫岩县偏岭构造结点附近，位于县内次级构造大洋河断裂西侧（表1）。在观测井西部100m处，有一条季节性的小河沟，北部2000～3000m的大洋河一带为地下水补给源［2］。

1.1 岫岩一号井开发利用概况

该井是地下流体综合观测井，包括静水位观测和水温观测。2005年进行了一次透井和下套管改造，提高了水位的观测精度。水位埋深0～2.0m，井口水温约10℃，100m深处为15℃左右。1975年2月1日，岫岩一号井正式采用SW40-1型日记水位计进行水位观测至今。2007年6月1日，岫岩一号井新增LN-3A型数字水位仪进行水位并行观测。“九五”水温探头下井深度180m，水温19.2oC，于2012年11月停止观测。“十五”水温探头下井深度204m，水温20.5oC，观测至今。

图 1 井孔柱状图及基本情况Fig.1 Columnar section of the borehole and its basic information

1.2 主要影响因素及基本动态特征

岫岩一号井的动态变化主要受到降水和气压等自然因素影响。水位与气压呈负相关变化，同时，水位的变化受降水的补给影响，随着补给的增加，水位升高。“九五”水温受到外界降水补给影响呈现升降变化，时间上略滞后于水位（图2）；同时，水温还随着水位的变化而变化，时间略滞后（图3）。“十五”水温几乎不受到降水和气压影响，无明显相关性。

图2　水位、“九五”水温与降雨变化的相关性图Fig.2 Correlation between water level and "Nine Five" heat and rainfall changes

图3　水位与气压相关性图Fig.3 Correlation between water level and air pressure

图4　水位与“九五”水温均值图Fig.4 Water level and water temperature of "Nine Five"

2 水温异常分析

2.1 异常特征介绍

2013年9月初“十五”水温出现突然加速升高的过程，变化幅度7‰，至10月初水温有小幅度的转折下降，之后高值波动持续至今。

2.2 正常动态

2007年启动“十五”水温观测，仪器不稳定多次出现故障。经过多次调整，2011年之后的数据资料比较稳定。2011年至2013年9月数据趋于直线型，2013年10月至今数据仍然趋于直线型。

2.3 水位与水温相关性分析［3］

2.3.1 水位与“九五”水温的相关性

水位有谷值和峰值的变化，“九五”水温也在同期呈现出谷值和峰值的年变变化，二者具有短期（一年尺度）同步同向性变化（图4）。

2.3.2 水位与“十五”水温的相关性

“十五”水温呈逐年趋势性上升变化与水位在形态上无相关性变化。短期（一年）水位有明显年变，正常年份谷值出现在二月和三月，峰值出现在雨季七月和八月，水温无明显年变，短期水位水温不存在协调性变化。从多年的趋势变化分析水位变化较为平稳，水温表现为多年的趋势缓慢的上升变化，二者不存在趋势性协调变化（图5）。

2.4 典型仪器故障及干扰异常特征

“十五”水温采用SZW-1A型水温仪，2007年投入工作以来仪器故障较多，经过维修、更换、调整逐渐产出较稳定的数据。具体故障特征描述如下：

2008年9月9日水温仪电源线烧断停止工作，9月17日至18日仪器维修调试，19日恢复工作。2009年1月20日水温仪出现故障，导致曲线连续脉冲式突跳，原因不明，联系省局石岩和国家局赵刚，二人建议观察一段时间，看能否自行恢复；21日13时50分至54分出现一次突跳，22日多次脉冲式突跳，23日连续突跳，多次联系省局和国家局，确定是仪器故障，建议观察一段时间。故障持续五天后，仪器24日自行恢复正常工作（图6、7）。

图5　“十五”水温与水位均值图Fig.5 "Fifteen" mean chart of geothermal and water level

图6　仪器故障水温分钟值图Fig.6 Instrument fault water temperature min chart

图7　仪器故障水温分钟值图Fig.7 Instrument fault water temperature min chart

因仪器系统固有因素，水温数据不稳，2009年10月27日省局将其更换，采用新观测系统。经维修后，2010年6月上旬，仪器系统更换为原始系统，数据自动入库，由于仪器探头位置略有改变，数据出现台阶。2011至2012年数据变化平稳，无明显异常。其中，2012年 3月9日至11日仪器电源故障，电瓶无法充电，转换器无法正常工作，缺数三天。2012年8月4日岫岩地区普降暴雨，仪器受雷电干扰，水温突跳、缺数（图8）。

2.5 典型映震特征

我台对“九五”水温的映震情况进行了总结和概述：2006年2、3月份水温缓慢升高，水位呈直线波动，2月27日岫岩—庄河发生了3.7级地震；2007年7月12日至8月15日日平均温度多次出现低值现象（降水431.5mm），8月13日水温达最低值，变幅17.8‰，之后转折上升，8月24日岫岩发生了3.7级地震；2008年4月24日水温高值异常后转折下降，5月10日最低值，变幅2.2‰，5月12日四川汶川大震后水温形态畸变；2010年2月27日智利MS8.8级地震后，水温形态与水位反向，6月份恢复，12月份水温与水位形态不同步，2011年2月恢复；2011年2月14日水温突然下降，多次低温波动，3月1日达最低温度，次日波动上升至日本地震发生，震后水温突升是典型的脉冲型同震响应（图8）。2012年11月份由于仪器故障停止观测。“十五”水温自观测以来无典型震例对应。

图8　仪器故障水温日曲线图Fig.8 Instrument fault water temperature chart

图9　“九五”水温日均值图Fig.9 "Nine Five" geothermal day mean chart

2.6 异常分析

截至2015年10月，水温异常已经持续25个月，期间数据有小幅的转折变化，无显著地震对应，高值波动异常仍然持续。为此，有必要对当前的高值情况做出再次判断。我们对仪器的观测系统进行了再次排查，无故障。对观测环境的检查结果是：自然环境无大的改变，无抽水蓄水现象，周边无重大工程，场地无变化；人为干扰几乎不存在；观测人员无变动，产出数据真实可靠。数据产出常用的有整点值、日均值、五日均值、旬均值、月均值等。在正常情况下，日观测值遵循其正常的日动态变化，用日观测值的曲线判断异常，岫岩水温无年变规律。从几年的观测数据来看2011年至2013年9月水温数据按照一定的斜率呈直线上升变化。2013年9月之后因不明原因水温加速上升，之后在一定的高值水平波动呈直线变化，斜率与2013年9月之前的几乎相同，这种变化持续至今（25个月）。

分析认为：

（1）岫岩一号井“十五”水温观测以来动态的稳定性较差，无震例对应，预报效能评价为C类。不明原因高值波动的情况持续时间较长，虽有波动但无映震，2011年10至11月也发生过类似的变化情况，因此我们可以将这次高值波动视为一个变化情况进行跟踪，由于时间较长也可判断为水温的年变基值发生改变，形态不变，应加强重视。

（2）岫岩一号井的“十五”水温与水位在正常情况下动态变化没有相关性，当不明原因异常出现期间，二者也无相关性变化，且水位变化无异常，历史无震例对应，可能水温多年年变规律发生改变。

（3）2013年9月初水温有一个加速升高之后小幅下降过程，应该是地球内部物理场发生了改变，在应力的相互作用下，使得该层地下水的温度有一个上升的变化过程，之后水温保持一个新的动态水平。

3 结论与讨论

（1）“十五”水温新的动态水平已经持续了25个月，时间尺度较长，结合本台站观测手段分析均无异常情况，省内及周边其他台站观测手段异常情况的出现与岫岩水温高值在时间及分布上无相关性及配套性。2012年至2015年营口—盖州地区曾多次发生4级左右小震群活动，分析认为盖州震群活动与水温日常动态的变化在时间上无明显对应关系，震级大小与水温的变化幅度也没有明显对应关系。我们可以将现在的高值情况视为近两年水温的正常动态变化。

（2）“九五”和“十五”水温探头分别放置在井下180m和204m，二者相差24m，日动态变化明显不同，因此水温探头位置的选取，是我们进行水温观测能否获得有价值资料的先决条件。水温探头位置宜选择在水温梯度变化大，水温背景噪声小，水温潮汐效应明显的区段。我台“十五”水温探头位置的选取是否完全符合专业技术要求，是否能够及时准确的反应出地球内部物理场的信息，还需要相关的实验来验证，比如对比观测。因此，再次对探头位置进行矫正或选取是有必要的，对于这次异常事件也可采取加密观测，做出进一步的分析判断。

参考文献：

［1］刘佳丽.岫岩1号井数字化水位观测内在质量分析［J］.防灾减灾学报，2013，（2）.

［2］刘耀炜，陆明勇，等.地下流体动态信息提取与强震预测研究［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

中图分类号：P315.72

文献标志码：A

DOI:10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.02.013

文章编号：1674-8565（2016）02-0078-05

收稿日期：2016-01-20

修订日期：2016-02-25

作者简介：刘佳丽（1983-），女，辽宁省岫岩县人，毕业于防灾科技学院，本科，工程师，现主要从事地震监测分析预报和震害防御工作。E-mail：02101LjL@163.com