恒溫帶取值與簡(jiǎn)易測(cè)溫溫度校正的統(tǒng)計(jì)分析法

杜宏偉

(黑龍江省煤田地質(zhì)一○八勘探隊(duì)，黑龍江 雞西 158100)

恒溫帶取值與簡(jiǎn)易測(cè)溫溫度校正的統(tǒng)計(jì)分析法

杜宏偉

(黑龍江省煤田地質(zhì)一○八勘探隊(duì)，黑龍江 雞西 158100)

在測(cè)溫工作中，如何處理恒溫帶觀測(cè)資料和確定簡(jiǎn)易測(cè)溫孔的孔底平衡溫度時(shí)，通常遇到的兩大問(wèn)題。文中通過(guò)分析，對(duì)統(tǒng)計(jì)分析法進(jìn)行介紹，能有效的解決這兩個(gè)問(wèn)題。

測(cè)溫；恒溫帶；溫度校正；統(tǒng)計(jì)分析法

0 引 言

在煤田地質(zhì)勘探的工作中，鉆井測(cè)溫工作具有很重要的意義，正確的測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)能為下一步工作順利進(jìn)行提供幫助。但是，在測(cè)溫工作當(dāng)中，如何處理好恒溫帶觀測(cè)資料和確定簡(jiǎn)易測(cè)溫孔的孔底平衡溫度，是常遇到的兩大棘手問(wèn)題。本文對(duì)恒溫帶觀測(cè)資料處理與簡(jiǎn)易測(cè)溫孔的孔底平衡態(tài)溫度推算的一種統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行介紹，此方法我們命名為統(tǒng)計(jì)分析法，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析法，可有效的解決這兩個(gè)問(wèn)題。

1 恒溫帶觀測(cè)資料的處理

所謂恒溫帶是指地下溫度自此開始不再受地表溫度一年四季變化的影響而基本保持恒定的深度帶。此帶以上地溫受太陽(yáng)輻射熱的影響而具有周期性變化，稱為變溫帶。此帶以下地溫受地球內(nèi)熱控制，隨深度增加而不斷增溫，稱為內(nèi)熱帶或增溫帶。

恒溫帶的深度和溫度是礦區(qū)溫度場(chǎng)的淺部邊界條件，是地溫梯度計(jì)算、簡(jiǎn)易測(cè)溫資料校正的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在礦區(qū)地溫場(chǎng)分析和測(cè)溫質(zhì)量分析中都是必不可少的。

恒溫帶數(shù)據(jù)要通過(guò)實(shí)際觀測(cè)獲得。其方法是在地形平坦、地下水位淺和不受地表水體干擾的地段布置觀測(cè)孔，深度不小于50 m，每月測(cè)溫一次，觀測(cè)周期不少于一年，測(cè)溫儀精度±0.1 ℃，測(cè)點(diǎn)間距不大于2 m。

實(shí)際觀測(cè)表明，恒溫帶觀測(cè)結(jié)果并非如理想模式那樣匯交于一點(diǎn)，而是各次結(jié)果互有交點(diǎn)或平行，為此必須進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，才能求出恒溫帶的深度和溫度。

從理論上來(lái)說(shuō)，恒溫點(diǎn)及其以下各點(diǎn)的溫度是常年不變的，現(xiàn)在觀測(cè)的結(jié)果并非如此，顯然是由測(cè)量誤差造成的。因此只要找出測(cè)量誤差，恒溫點(diǎn)的深度、溫度就不難確定了。

根據(jù)恒溫帶觀測(cè)曲線，在曲線上有一點(diǎn)，在這點(diǎn)以下最大絕對(duì)離差值均在一定范圍之內(nèi)(個(gè)別點(diǎn)除外)，這一范圍即為測(cè)量誤差。在這點(diǎn)之上，離差值逐漸增大，顯然是在測(cè)量誤差的基礎(chǔ)上又疊加了地表溫度的影響，因此，該點(diǎn)深度即為恒溫帶深度，對(duì)應(yīng)的平均溫度即為恒溫帶溫度。

在觀測(cè)的層段，如果巖性較為均一，那么恒溫帶以下的深度與溫度關(guān)系曲線應(yīng)為一條直線。自恒溫帶以上，因地表溫度變化影響，觀測(cè)溫度的平均值將逐漸偏離該直線。因此只要找出這一變化點(diǎn)，就找出了恒溫帶。方法是求出深部段的平均溫度與深度的直線相關(guān)方程，并描繪，在圖上即可找出恒溫點(diǎn)位置。

一般情況下，只運(yùn)用第一種方法就能確定恒溫帶深度，在觀測(cè)孔巖性較單一時(shí)，可同時(shí)運(yùn)用第二種方法。如果兩種方法綜合應(yīng)用，求其平均值。

2 孔底溫度的校正

首先讓我們觀察一下近似穩(wěn)態(tài)測(cè)溫孔的孔底溫度(T)與近似時(shí)間(t)的關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)他們與指數(shù)曲線、雙曲線、對(duì)數(shù)曲線擬合的很好。因此，只要建立起測(cè)溫孔孔底溫度恢復(fù)方程，簡(jiǎn)易測(cè)溫孔孔底原始溫度的推求就不困難了。

無(wú)論是指數(shù)方程T=A·cB/t，還是雙曲線方程1/T=A+B/t，或是對(duì)數(shù)方程T=A+Blnt，只要確定了常數(shù)項(xiàng)A和B(在不同方程中，A和B各有不同的值)，方程就可建立。簡(jiǎn)易測(cè)溫有兩個(gè)不同測(cè)量時(shí)間(t1、t2)的兩次測(cè)溫結(jié)果(T1、T2)，因此完全可用解聯(lián)立方程求出A和B，建立該孔孔底溫度恢復(fù)方程。

關(guān)鍵是要確定用什么方程，是指數(shù)？對(duì)數(shù)？還是雙曲線？這可從兩方面考慮。一看區(qū)內(nèi)近似穩(wěn)態(tài)孔孔底溫度恢復(fù)曲線在什么回歸方程中相關(guān)系數(shù)最高。二是看在簡(jiǎn)易測(cè)溫條件下，哪種方程計(jì)算出來(lái)的結(jié)果誤差最小。后者可用近似穩(wěn)態(tài)孔的第一、二次測(cè)溫資料以不同的方程計(jì)算平均溫度，并與近似穩(wěn)態(tài)最后測(cè)溫結(jié)果相比較。

在確定了用什么溫度恢復(fù)方程之后，即可根據(jù)各簡(jiǎn)易測(cè)溫孔兩次測(cè)溫結(jié)果求解方程中的常數(shù)A和B，建立各孔的溫度恢復(fù)方程，并求出平衡巖溫。對(duì)于指數(shù)方程T=A·cB/t和雙曲線方程1/T=A+B/t，平衡巖溫即為t→∝時(shí)的溫度T，前者等于A，后者等于1/A。在對(duì)數(shù)方程T=A+Blnt中，平衡巖溫要用原始巖溫恢復(fù)所需要的穩(wěn)態(tài)時(shí)間帶入方程中計(jì)算才能求得。

經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間孔底巖溫即可恢復(fù)？我們可根據(jù)近似穩(wěn)態(tài)測(cè)溫資料回歸計(jì)算，即用該孔最后一次實(shí)測(cè)值代入該孔對(duì)數(shù)回歸方程T=A+Blnt中計(jì)算求得。如果勘探區(qū)地溫條件一致，則可將各近似穩(wěn)態(tài)孔求得的結(jié)果加以平均。如果勘探區(qū)地溫條件復(fù)雜，則要按條件類比選用。在一般情況下(當(dāng)巖石熱擴(kuò)散率K=0.01 cm2/s、鉆孔直徑d=0.1～0.15 m、純傳導(dǎo)型地溫場(chǎng))即使采用的所需穩(wěn)態(tài)時(shí)間不很準(zhǔn)確，也不會(huì)產(chǎn)生太大誤差。在此需要注意的是，測(cè)溫曲線孔底部分存在折尾時(shí)可不必校正，在這種情況下，因孔底效應(yīng)，溫度恢復(fù)很快。12 h左右的孔底溫度就已接近平衡。

3 結(jié)束語(yǔ)

以上對(duì)統(tǒng)計(jì)分析方法做了簡(jiǎn)單的介紹，對(duì)恒溫帶觀測(cè)資料的處理和孔底溫度的校正提出了具體的操作步驟，經(jīng)過(guò)實(shí)際的數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，該方法能對(duì)測(cè)溫工作遇到的問(wèn)題進(jìn)行有效的處理，可在今后測(cè)溫實(shí)踐中進(jìn)行應(yīng)用。

[1] 中國(guó)礦業(yè)學(xué)院等.煤田地球物理測(cè)井[M].煤炭工業(yè)出版社，1979.

[2] 黃作華等.煤田測(cè)井方法及數(shù)字處理[M].煤炭工業(yè)出版社，1982.

Statistical Analysis Method of Constant Temperature Zone Value and Temperature Correction to Simple Temperature Measurement

DU Hong-wei

(Heilongjiang Provincial Coal Geology 108 Exploration Team, Jixi 158100, Heilongjiang Province, China)

In the measurement work, how to deal with constant temperature zone observation data and determination of simple temperature measurement hole bottom equilibrium temperature are two problems often encountered. Through the analysis of statistical analysis method can solve these two problems.

Temperature Measurement; Constant Temperature Zone; Temperature Correction; Statistical Analysis Method

2014-10-21

2014-11-05

杜宏偉(1973- )，男，2010年畢業(yè)于黑龍江科技學(xué)院，助理工程師，現(xiàn)從事物探工作。

10.3969/j.issn.1009-3230.2014.12.005

TD163.2

B

1009-3230(2014)12-0017-02