闽侯旗山井数字化水温异常干扰分析

朱继承，郑辰禾，邓 聪，杨佩琴

（福建省地震局，福建 福州350003）

地热方法是研究地球热状态，特别是地壳浅部表层热状态及其随时间变化与地震活动关系的一种地震预测探索方法。深井水温微动态变化是标志地下水物理状态的重要参数之一（许秋龙等，2001；张军等，2011）。根据震源热力学理论和对地震热前兆的研究发现，地震活动与地下流体水温变化关系密切。地震的孕育与发生伴随着不同方式的热效应，从而引起地热场的重新分布和变化，这些变化会导致地下流体温度的变化，这种由孕震过程中应力增强或减弱引起的地下流体温度异常变化是可以通过深井观测得到的（车用太等，2014；陈其峰等，2018；颜龙等，2016）。这就是我们目前观测的深井水温变化的目的。可见深井水温观测不仅对于探素地震前兆，而且对于深入研究地震成因都具有十分重要的意义（稄芳等，2016；韩晓雷等，2017；李颖楠等，2017）。目前，地下水温观测作为传统地球物理学观测的一个重要分支，在理论上已日益成熟和完善，地下流体水温观测与研究取得了丰富的资料和可喜的地震预测探索效果。但由于观测结果与观测环境、条件有相当大的关系，观测对象、观测深度不同（秦双龙等，2016；鲜述东等，2011；朱继承等，2020；闫玮等，2018，2019），观测结果也存在明显差异。

1 闽侯旗山井概况

闽侯旗山井位于福建省闽侯县南屿镇五都村，始建于2003年9月，该观测井几经升级改造，于2013年7月安装SZW-1A水温仪，2014年1月24日起开始正式观测（中国地震局背景场项目），水温仪的探头放在井深85 m处。该井位于福州盆地西部边缘，地势平坦，上部地层由第四系全新统淤泥、上更新统卵石及更新统残积土组成；根据区域地质资料，场地基岩为侏罗系南园组凝灰熔岩，距场地约50 m的五都北面山体——旗山支脉为燕山期花岗岩，该观测井西部有一NNE向断裂通过，观测井口所处海拔高程10 m，井孔含水层为侏罗系强风化—微风化角砾凝灰熔岩，深井110 m，井孔柱状图（见图1）。

2 观测资料动态特征

2.1 日、月动态特征

闽侯旗山井水温观测使用中国地震局地壳应力研究所生产的SZW-1A型数字式温度计。该温度计采用晶体振荡器作为敏感元件，分辨力为0.000 1℃，在地震行业应用广泛。自SZW-1A型数字式温度计运行观测以来，闽侯旗山井水温的日动态变化较稳定，变化幅度较小，如2018年2月1日的水温最低值22.948 3℃，最高值22.962 3℃，日均值22.955 5℃，变化相对较小，而且整个月的温度动态变化也相对稳定，没有出现较大的变化（见图2）。

图1 闽侯旗山井井孔柱状

图2 水温分钟值曲线

2.2 年动态特征

由2014～2016年水温的年动态变化曲线（图3）可以看出，多年的趋势变化相对稳定，没有出现较大幅度的上升或下降变化，年均值线分别为22.9503℃、22.9518℃和22.9502℃，变化较平稳，从2014～2016三年同轴水温年动态观测曲线（见图4）对比可以看出，年变在0.01℃左右，年变都相对稳定。

图3 水温分钟值曲线

图4 2014～2016年水温同轴分钟值对比曲线

3 水温异常干扰特征分析

3.1 人为干扰

闽侯台水温仪2017年12月27日15∶53～18∶34受水位仪15∶30～16∶28现场校测干扰，观测数据出现台阶变化未处理，最高变化幅度达0.007 3℃。因水温仪探头埋深较深，位于85 m处，故水温仪受水位仪校测干扰出现的数据波动因干扰传导时间差存在延迟现象（见图5）。水位仪校测结束后，水温仪观测数据自2017年12月27日18∶35起恢复正常动态变化。

3.2 雷电干扰

闽侯台水温仪观测数据2018年5月20日18∶43～18∶51因受雷电干扰，观测数据突跳，最大变化幅度达71.168 6℃，同时段气压波动幅度2.7 hPa，造成数据不可用，进行缺数处理（见图6）。后续恢复正常动态变化，数据无异常。

3.3 UPS故障干扰

闽侯台水温仪观测数据2017年7月9日04∶36～23∶59因UPS故障缺数。2017年7月9日8∶20工作人员发现闽侯台水温仪无法正常收数，在7月10日10∶20到闽侯旗山井现场对闽侯台水温仪进行故障排查，发现UPS仪器故障无法工作，直接把仪器设备接市电，仪器设备恢复正常工作（见图7）。

图5 2017年12月28日水温和静水位分钟值对比曲线

图6 2018年5月20日水温分钟值曲线

3.4 协转故障干扰

闽侯台水温仪观测数据2017年6月3日09∶15～09∶19更换协转，造成错误数据，干扰幅度达69.170 6℃，进行缺数处理（见图8）。

3.5 抽水干扰

闽侯台数字水温仪观测数据2018年10月6日17∶53～10月7日11∶06受旁边鱼塘长时间抽水影响，水温下降，最大下降幅度约为0.028 2℃（见图9）。鱼塘占地20亩，离观测井直线距离仅有218 m。因鱼塘经常性、不固定时间段、长时间进行地下水抽水，用于补充或更换鱼塘水池里的水，所以闽侯井的水位长期受干扰影响较明显，仅当抽水量大的时段水温受到干扰。因水温探头埋深在85 m位置和水位探头不在同一个含水层，所以受到较长时间抽水影响时，水温测值会比水位测值滞后大约3小时。台站人员多次到现场与鱼塘负责人协商，要求减少抽水次数以免影响台站水温仪观测质量。

图7 2017年7月6～12日水温分钟值曲线

图8 2017年6月3日水温分钟值曲线

图9 2018年10月3～9日水温和静水位分钟值曲线

4 结论

通过对闽侯井水温观测资料日、月、年的动态趋势变化以及外界环境因素、人为干扰因素等各种干扰异常特征分析和总结，为今后的资料异常分析提供参考，提高对非地震前兆干扰因素的识别能力，以便更好和及时地排除干扰，识别有效的地震前兆观测信息。在日常观测过程中会受到各种各样的因素干扰影响，如仪器校测、同井安装仪器、检查仪器、抽水等，为了获取连续、真实、可靠的观测资料，应严格按《地震及前兆数字化观测技术规范》进行标定和检测，同时应定期或不定期对仪器设备进行检查，才能确保观测资料的连续、可靠。