河北懷來懷3井水溫梯度測試及結果分析

宋曉冰，張鳳秋，王銳鋒，只 楠

(河北省地震局懷來地震臺，河北 懷來 075400)

0 引言

懷3井是高溫熱水自流井，由于受經濟建設不斷發展的影響，于2008年斷流，原來進行的水氡觀測也于2011年底停止，為更好地發揮懷3井在地震監測中的作用，擬進行靜水位井水溫觀測。按照儀器安裝及規范要求，水溫探頭應投放到觀測井溫度波動最小部位，需要實地測量確定最佳部位，即進行溫度梯度測量。因此，按要求對懷3井進行溫度梯度測量，找到觀測井溫度波動的最小部位，確定探頭投放位置，提高水溫觀測數據質量，得到效果比較好的地熱前兆信息[1]。

1 懷3井概況

懷3井位于河北省懷來縣后郝窯村，距縣城13 km，海拔高程487 m，地質構造屬于東西向陰山構造帶內蒙古背斜以南和北東向祁呂構造系與燕山沉降帶交匯部位。該區新構造活動明顯，垂直差異活動十分強烈，形成一系列斷陷盆地，如懷來—延慶盆地、涿鹿盆地、陽原盆地、蔚縣盆地等[2]。

懷3井于1971年10月成井，井深288.41 m，位于后郝窯熱田區，水溫高達80多度，礦化度為0.922 g/L，觀測層深度為72.5～206.3 m，觀測層時代巖性為第三系砂礫巖，地下水類型為SO4-Na。懷3井井孔柱狀圖如圖2所示。

2 懷3井溫度梯度測量

測量儀器采用北京中科光大自動化技術有限公司生產的ZKGD3000-N型地下流體自動監測儀器，該儀器具有高精度、高分辨率、高集成、大容量存貯等特點。

圖1 懷3井地質構造圖Fig.1 Geological structure map of well Huai 3

圖2 懷3井柱狀圖Fig.2 Borehole histogram of well Huai 3

2.1 溫度梯度測量

根據地下流體觀測規范的要求，對于井深超過200 m的井孔，為減少氣溫、地表水等其他外界環境干擾，選擇從該井100 m處進行測試，每10 m一個測點，每個測點保持穩定后連續讀取5個值，取5次的平均值作為該測點的實測值(見表1)。

表1 水溫梯度測量數據Table 1 Value of water temperature gradient

由表1可見，隨著深度的增大，水溫平均值逐漸增大。水溫隨深度變化曲線如圖3所示，顯示兩者有較好的線性變化，屬正梯度；在160 m處，水溫變化幅度最小，只有0.104 2 ℃；隨著深度的增加水溫變化幅度逐漸增大，直到190 m處溫度變化趨勢變緩。

圖3 水溫隨深度變化曲線圖Fig.3 Variation of water temperature with depth

2.2 觀測部位的確定

懷3井位于懷來后郝窯熱田區，熱田區內發育有4條斷裂，把4條斷裂的活動差異與熱田區不同部位熱水特征的差異進行對比發現，兩者之間存在著明顯的相關關系。熱水溫度高、壓力大的部位，斷裂活動強度大，隨著熱水溫度與壓力的下降，斷裂活動強度也逐漸變弱。這種對應關系說明熱水參與了斷裂活動。熱水的高孔隙壓力與高溫致使斷層面摩擦強度明顯降低，因此在同一構造力作用下，其錯動的距離明顯增大，從而使斷裂活動變得更加顯著[3]。

懷3井從1972年開始水氡觀測，2009年改造時新安裝逸出氣汞觀測，2010年由于受周邊不斷開發的影響導致斷流，水氡觀測也受到影響，導致停測。距離懷3井100 m的懷4井屬同一構造帶，懷4井的水汞觀測在1996年包頭6.4級地震、1998年張北6.2級地震、2002年懷來4.4級地震前均有明顯的短臨異常出現，說明該區域斷裂活動比較明顯[4]。

2016年4月28日完成水溫梯度測量后，進行水溫觀測試驗，因水溫過高，導致12月27日探頭故障，2017年3月18日廠家更換新探頭，由于懷3井是高溫熱水井，考慮水溫探頭的耐熱性，根據實際測量結果(見圖4)，在140～160 m內，溫度變化在0.105 47～0.104 20 ℃之間，變化幅度最小，說明觀測受地下水活動影響較小。與同時間段的氣溫、氣壓、降雨量對比發現，氣溫、氣壓、降雨量對水溫無較大影響。因懷3井是高溫熱水井，不同于冷水井，溫度梯度變化幅度比較大，受附近同層井抽水影響較大，選擇將探頭放置在150 m處，可以得到信噪比較高的地熱前兆信息，為該井的最佳觀測部位。

圖4 水溫、氣溫、氣壓、降雨量分鐘值曲線圖Fig.4 The minute value of water temperature, air temperature, pressure and rainfall

3 結論

通過以上分析得出如下結論。

(1) 隨深度增加,水溫平均值逐漸增加，顯示較好的線性關系，屬于正梯度，分鐘值日變化量0.001 6 ℃。

(2) 150 m處溫度變化范圍0.105 47 ℃～0.104 2 ℃，波動較小，是該井較理想的前兆觀測部位。

參考文獻：

[1] 李 婧，吳海波，朱家明，等.延壽地震臺水溫梯度測量及結果分析[J].防災減災學報，2013(4)：67-69.

[2] 宋曉冰，李海孝，張常慧，等.河北沙城2002年8月3日ML4.4地震前水汞異常分析[J].華北地震科學，2003，21(1)：39-42.

[3] 宋曉冰，張常慧，宋貫一，等.從懷來4井水化學異常變化分析流體在孕震過程中的作用[J].中國地震，2005(2)：285-290.

[4] 宋曉冰，張常慧，李海孝，等.懷4井水汞映震機理分析[J].地震地磁觀測與研究，2006，27(增刊)：17-21.