巢湖皖14井高精度水溫變化機理探討

王 俊張 軍周振貴繆 鵬孫盼盼楊源源安徽省地震局，合肥 230031安慶地震臺，安徽安慶 246735

巢湖皖14井高精度水溫變化機理探討

王 俊1）張 軍1）周振貴2）繆 鵬1）孫盼盼1)楊源源1)
1）安徽省地震局，合肥 230031
2）安慶地震臺，安徽安慶 246735

巢湖皖l4井數字化水溫儀架設屬于“十五”項目，2007年9月正式開始觀測，儀器型號為SZW-1A，水溫探頭位于井下195 m處。該井水溫日動態屬于隨機波動型，長期動態屬于復合型。長期觀測資料結果表明，該井數字化水溫觀測資料信息量豐富，不僅有降雨、氣壓的擾動，還有大震的同震效應和震后效應。為進一步研究該井水溫變化機理，對該井高精度水溫觀測環境、數字化觀測資料，以及在?160 m處架設了一套同型號水溫觀測儀進行多層水溫動態變化特征進行分析研究。以2012年4月11日印尼8.6級地震為例，以巢湖皖14井水溫同震響應所獲得的數據為分析基礎，進行數值模擬計算，根據同震響應過程中井孔系統水溫度變化與熱傳導間的關系進行機理研究。

（1）兩套儀器測值的變化趨勢。通過對比看出兩套不同深度的水溫變化趨勢、變化速率基本上是一致的，觀測數據的穩定性符合長期穩定性指標。

（2）水溫梯度實驗。對不同深度處水溫對比觀測研究表明，110 m以上水溫線性度較差，井孔封閉性不好；110 m以下水溫線性較好，井管下部封閉性較好，100～200 m之間的溫度差為1.456℃（圖1），表明巢湖14井屬于低梯度井孔。

圖1　巢湖皖14井水溫觀測系統(a)及水溫梯度測試曲線(b)

（3）井水溫變化與熱傳遞方式判別。總結了該井在肥東地震、印尼地震前不同層水溫的變化情況，以印尼地震為例分析得出，巢湖皖14井上、下層水溫變化存在時間差，井孔水溫熱傳遞的方式為熱對流。

（4）井孔水溫數值模擬分析。通過兩套水溫記錄下降的時間間隔，計算出井孔內瞬時水流流速為14.6 cm/s，并建立溫度場的模擬模型，結果表明，同震效應下，巢湖14井不同深度處水溫差異變化是由于溫度差引起熱能流動，即下部含水層以熱對流方式進行能量傳遞給上部含水層。模擬結果與實際情況存在一定差異，但總體變化趨勢相同；徑向溫度分布不均勻，距井孔中心距離越大，溫度越低，在井孔中心附近溫度較大，且溫度隨時間衰減呈非線性函數，距井孔中心越近衰減越快，反之，越遠衰減速率減慢。

（5）探討與結論。①從不同深度兩套水溫比測時記錄的降雨及微動態特征分析，降雨影響時上層水溫先下降，下層水溫滯后；而異常微動態總是下層水溫先記錄到下降，上層水溫滯后。這樣的觀測事實對判定異常是有益的。②對巢湖皖14井大震激發后井中水溫的變化進行了數值模擬，并與實際觀測數據進行了對比，認為該井水溫遠大震后出現下降主要是井內出現熱對流所致，其根本原因是地震發生后，含水層骨架發生變形使得井孔含水層的孔隙水壓力上升（下降），引起含水層中地下水向井孔中吸收（注入）水，引起高精度溫度傳感器附近熱量運移，從而導致井孔水溫發生變化。③模擬結果表明，徑向溫度分布不均勻，距井孔中心距離越大，溫度越低，在井孔中心附近溫度較大，且溫度隨時間衰減呈非線性函數，距井孔中心越近衰減越快，反之，越遠衰減速率減慢。④井孔含水層溫度變化的同震變化形態（下降、上升或不變）與井孔水溫梯度、井孔空間分布和熱源之間相對位置、井孔構造條件等因素有關。