海口向榮村ZK46井水溫異常動態成因分析

解曉靜　蘇榮托雅　張帆

【摘 要】?？谙驑s村ZK46井水溫呈現突降及階降階升異常形態，經分析水溫觀測正常動態形態，并排除觀測系統、環境干擾及同井水位、氣象因素等影響，水溫探頭觀測深度恰處于套管變徑段，利用井下電視探測到變徑段井管似有微破裂，井壁存在部分坍塌。后經梯度測量并重新置放探頭深度，水溫數據未出現同類異常。因此，認為水溫異常形態應是觀測段環境受干擾影響所致。

【關鍵詞】井水溫；異常動態；井下電視

中圖分類號： P315.72 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）25-0213-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.25.099

【Abstract】The water temperature of ZK46 well in Xiangrong village of Haikou City shows a sudden drop and abnormal ascending and descending steps.Analyzing water temperature the normal dynamic shape，and excluding the observation system， environmental interference， water level and meteorological factors of the same well. The depth of the water temperature probe is just in the variable diameter section of the casing. After the gradient measurement and replacing the depth of the probe， there is no similar anomaly in the water temperature data. Therefore， it is considered that the anomalous form of water temperature should be caused by the disturbance of the observation section.

【Key words】Well water temperature； Abnormal dynamics； Downhole TV

0 引言

近年來井水溫高精度數字化觀測越來越普及，已是地下流體學科重要觀測項目之一。水溫對地震的孕育過程具有靈敏的響應特征，越來越受到有關學者的關注?，F今井水溫響應地震機理、水溫動態各種特征研究、水溫前兆異常及震例分析已有諸多研究成果[1-5]。

?？谙驑s村流體臺，于2008年3月安裝了DLZ-1型便攜式流體綜合觀測儀，包含水位、水溫、氣溫、氣壓及降雨量觀測項目，現已連續觀測近10年。該臺站ZK46井原是化工廠的一口廢棄民用水井，后利用原有的井房，經改造供電等設備后用于地下流體觀測，其井孔基礎資料不為完整。自運行以來，各測項曲線動態總體較穩定，映震效應也較好，預報效能評估均為B類[6]。但2013年7月至2017年初，該井水溫時有突降或階降階升異常，經有效利用井下電視設備排查核實，最終獲得異常原因，本文詳細給出了成因分析。值得推崇的是，井下電視利用其顯著的可視、精準成像測井技術，現被廣泛應用于地震地下流體異常核實中，精確地反映了井下的真實狀況，極大提高了異常核實工作效率，推動了地震監測預報事業。

1 ZK46井孔概況

?？谙驑s村ZK46井，位于海口市秀英區內，地理坐標為北緯20.00°、東經110.26°，井孔標高30.0m，井深320.0m，非自流井，所在斷裂位置為馬裊—鋪前斷裂，南距王五—文教斷裂35公里，北距瓊州海峽斷裂15公里，地形地質構造圖如（圖1），地層巖性為砂礫巖，地下水類型為裂隙混合水。井孔柱狀圖如（圖2）。

2 ZK46井水溫正常動態

如（圖3）所示，給出ZK46井水溫與水位、降水量年、月、日動態曲線圖，可看出，井水溫觀測以來年動態變化不明顯，因?？诘貐^屬熱帶海洋氣候，春夏多雷雨，秋季為臺風季節，ZK46井水位變化受氣象、開采等環境影響較大，屬降水補給型，所以井水溫又隨水位變化而變化。井水溫日、月動態表現為與水位呈反向相關的潮汐周期變化，因井水位多年動態呈緩慢下降型，故水溫多年動態表現為與水位呈反向相關的緩慢上升型。

3 ZK46井水溫異常動態及成因分析

3.1 井水溫異常概述

2013年7月海口向榮村井水溫觀測探頭發生故障，經更換備用新探頭后重新下放繼續觀測，但下放至約118m深度時，探頭無法繼續下放，由井孔柱狀圖可知，井管在118m深度剛好處于變徑結構層位，柱狀圖上可看到此處的變徑是從直徑220mm變為159mm，變徑處有一個30.5mm的臺階，而水溫探頭直徑應為32mm。是否因水溫探頭剛好落于此臺階上而無法下放，為此臺站多名工作人員及儀器廠家專家進行多次挪動均未能繼續下放探頭，最終水溫探頭置于約118m深度處進行觀測（原深度為190m）。此后水溫觀測曲線日動態形態由原來的與水位呈反向相關的潮汐周期起伏型變為無反向相關對應的短周期隨機起伏型，且日、月、年變幅較之前明顯變小，如（圖4、圖5），水溫曲線動態的變化是因探頭放置深度的變更而引起。

然而自更換新探頭觀測以來，水溫數據時有突降及階升階降等不穩定異常形態出現，如（圖6）。以往水溫動態雖然穩定性較差，但目前該不穩定異常形態甚為突出，且異常出現的頻率較高。

3.2 異常成因分析

首先經現場調查，向榮村井點觀測環境良好，周邊無大型施工作業，無明顯干擾源；DLZ-1型綜合觀測儀器供電系統正常，數據采集傳輸系統正常，井口裝置及探頭電纜線固定裝置穩定，即可排除觀測系統及環境干擾的影響。

同井測項分析，井水溫異常發生時，如上（圖6）所示，對應井水位及氣溫、氣壓、降水量曲線形態均正常穩定，因此，也可排除同井水位及氣象因素的影響。

鑒于以上因素的排除，考慮到無法確定井孔本身或內部是否有異?，F象等，再加上水溫探頭下至118m時便無法繼續下放，其井孔結構是否有變化，決定利用井下電視裝備對井孔進行探查。

在此，先分析井孔結構情況。按照流體觀測井的建設要求，其井孔結構均需滿足專業的觀測要求，而該ZK46井的建設原是民用水井而非專業觀測井。參考ZK46井孔柱狀圖可看出，結構要素里井深、井徑、過水斷面較符合流體觀測要求，而套管、止水等要素資料缺乏，是否符合專業要求不得而知。按照要求，為保證觀測井的長久使用性，套管材料應滿足長久不變形、不破裂與抗腐蝕的要求，而且在觀測井使用期內，套管發生變形、錯位、破裂、腐蝕等事故，不僅直接影響井下的正常觀測，而且嚴重干擾觀測數據，常常引發“偽異常”，嚴重干擾觀測數據的分析；為了防止套管晃動，套管與井壁圍巖間隙應有充填物固定套管；而為防止非觀測含水層以上的地下水滲入到觀測井中來，套管變徑處必須采取止水措施，止水材料可為黏土、水泥、桐油石灰、瀝青、橡膠等[7]。那么ZK46井套管及止水等諸多關鍵結構要素的建設較模糊甚至不符合專業要求，正如現場了解，ZK46井套管為鐵管，屬于易腐蝕材料。

當下放井下電視探頭至118m左右深度時，正如上述水溫探頭下放至118m時，同樣也無法繼續下放，且經多次挪動或上提再下放均未能繼續下放。如（圖7）給出井下電視采集部分視頻圖像。由井孔柱狀圖可看出，井管在118米深度剛好處于變徑結構層位，且圍巖產狀為軟質巖體凝灰巖。那么在此分析認為，在已知ZK46井孔結構建設不完全符合專業要求的情況下，很可能存在套管變徑處未采取止水措施，或者止水材料不合格等問題，且鐵質材料的套管易腐蝕、破裂，加之圍巖產狀又為軟質巖體，觀測時間長久后，造成該118m左右井段套管逐漸被井水腐蝕產生微變形破裂，同時部分井壁產生坍塌，正如井下電視視頻中看到的井壁有裂縫，且井水內有雜物堵塞，從而導致水溫探頭和井下電視探頭均受阻無法下放（井水應仍是連通狀態的）。那么，可推斷井水溫探頭置于此處觀測，觀測環境受干擾影響較明顯，故產生水溫數據時有突降或階降階升的異?，F象，亦即上述的“偽異常”，并非地震前兆異常。

3.3 改進措施及資料分析

針對此異常，考慮到水溫探頭因受阻無法下放，為了避開該易受干擾影響的層位，暫時采取上提水溫探頭并置放合適深度的措施，進而跟蹤新觀測深度的曲線動態情況。因此，查閱早前的水溫梯度測量結果，發現其較粗略，無法用于新觀測深度的準確定位。為此，嚴格按照溫度梯度測量要求，重新對ZK46井進行了測量，水溫探頭最終確定投放于井下102米深度處進行觀測，如（圖8）為ZK46井溫度-深度、溫度梯度-深度合并圖。

重新置放水溫探頭觀測以來，截至目前曲線動態正常，未出現以前的突降或階降階升等不穩定形態，如（圖9）。

4 結論與討論

海口向榮村ZK46井水溫自2013年7月以來出現的突降、階降階升異常，是因水溫探頭置放深度正好處于套管變徑層位，而因該井套管材料及建設不符合要求，且套管變徑處未采取止水措施或止水效果差等原因導致變徑處井管產生微破裂，井壁存在部分坍塌，利用井下電視設備核實異常過程中能較清楚地看到水溫探頭置放于此井段，而該井段觀測環境已遭破壞，受干擾程度明顯增強，進而干擾水溫觀測數據產生異常形態。

截至目前數據曲線形態較穩定，未出現以前的突降或階升階降形態，但ZK46井本為民用水井，非地震專業建設井，且目前已由井下電視設備清楚核實到118m左右深度變徑段井管有微破裂及坍塌現象。因此，雖然調整探頭后觀測水溫動態較穩定，但時間長久后，井孔的被破壞程度會愈加嚴重，會嚴重干擾觀測數據產生“偽異?！被蚱渌鼱顩r等。

在此，建議向榮村臺向相關專家咨詢并對ZK46井進行改造修復，以確保觀測數據長久穩定，真正為地震預測預報工作所用。

【參考文獻】

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[7]李克，趙仲和，宋彥云，等.地震地下流體理論基礎與觀測技術（試用本）[M].北京：地震出版社，2007：71-77.