閩侯旗山井數字化水溫異常干擾分析

朱繼承，鄭辰禾，鄧 聰，楊佩琴

（福建省地震局，福建 福州350003）

地熱方法是研究地球熱狀態，特別是地殼淺部表層熱狀態及其隨時間變化與地震活動關系的一種地震預測探索方法。深井水溫微動態變化是標志地下水物理狀態的重要參數之一（許秋龍等，2001；張軍等，2011）。根據震源熱力學理論和對地震熱前兆的研究發現，地震活動與地下流體水溫變化關系密切。地震的孕育與發生伴隨著不同方式的熱效應，從而引起地熱場的重新分布和變化，這些變化會導致地下流體溫度的變化，這種由孕震過程中應力增強或減弱引起的地下流體溫度異常變化是可以通過深井觀測得到的（車用太等，2014；陳其峰等，2018；顏龍等，2016）。這就是我們目前觀測的深井水溫變化的目的。可見深井水溫觀測不僅對于探素地震前兆，而且對于深入研究地震成因都具有十分重要的意義（稄芳等，2016；韓曉雷等，2017；李穎楠等，2017）。目前，地下水溫觀測作為傳統地球物理學觀測的一個重要分支，在理論上已日益成熟和完善，地下流體水溫觀測與研究取得了豐富的資料和可喜的地震預測探索效果。但由于觀測結果與觀測環境、條件有相當大的關系，觀測對象、觀測深度不同（秦雙龍等，2016；鮮述東等，2011；朱繼承等，2020；閆瑋等，2018，2019），觀測結果也存在明顯差異。

1 閩侯旗山井概況

閩侯旗山井位于福建省閩侯縣南嶼鎮五都村，始建于2003年9月，該觀測井幾經升級改造，于2013年7月安裝SZW-1A水溫儀，2014年1月24日起開始正式觀測（中國地震局背景場項目），水溫儀的探頭放在井深85 m處。該井位于福州盆地西部邊緣，地勢平坦，上部地層由第四系全新統淤泥、上更新統卵石及更新統殘積土組成；根據區域地質資料，場地基巖為侏羅系南園組凝灰熔巖，距場地約50 m的五都北面山體——旗山支脈為燕山期花崗巖，該觀測井西部有一NNE向斷裂通過，觀測井口所處海拔高程10 m，井孔含水層為侏羅系強風化—微風化角礫凝灰熔巖，深井110 m，井孔柱狀圖（見圖1）。

2 觀測資料動態特征

2.1 日、月動態特征

閩侯旗山井水溫觀測使用中國地震局地殼應力研究所生產的SZW-1A型數字式溫度計。該溫度計采用晶體振蕩器作為敏感元件，分辨力為0.000 1℃，在地震行業應用廣泛。自SZW-1A型數字式溫度計運行觀測以來，閩侯旗山井水溫的日動態變化較穩定，變化幅度較小，如2018年2月1日的水溫最低值22.948 3℃，最高值22.962 3℃，日均值22.955 5℃，變化相對較小，而且整個月的溫度動態變化也相對穩定，沒有出現較大的變化（見圖2）。

圖1 閩侯旗山井井孔柱狀

圖2 水溫分鐘值曲線

2.2 年動態特征

由2014～2016年水溫的年動態變化曲線（圖3）可以看出，多年的趨勢變化相對穩定，沒有出現較大幅度的上升或下降變化，年均值線分別為22.9503℃、22.9518℃和22.9502℃，變化較平穩，從2014～2016三年同軸水溫年動態觀測曲線（見圖4）對比可以看出，年變在0.01℃左右，年變都相對穩定。

圖3 水溫分鐘值曲線

圖4 2014～2016年水溫同軸分鐘值對比曲線

3 水溫異常干擾特征分析

3.1 人為干擾

閩侯臺水溫儀2017年12月27日15∶53～18∶34受水位儀15∶30～16∶28現場校測干擾，觀測數據出現臺階變化未處理，最高變化幅度達0.007 3℃。因水溫儀探頭埋深較深，位于85 m處，故水溫儀受水位儀校測干擾出現的數據波動因干擾傳導時間差存在延遲現象（見圖5）。水位儀校測結束后，水溫儀觀測數據自2017年12月27日18∶35起恢復正常動態變化。

3.2 雷電干擾

閩侯臺水溫儀觀測數據2018年5月20日18∶43～18∶51因受雷電干擾，觀測數據突跳，最大變化幅度達71.168 6℃，同時段氣壓波動幅度2.7 hPa，造成數據不可用，進行缺數處理（見圖6）。后續恢復正常動態變化，數據無異常。

3.3 UPS故障干擾

閩侯臺水溫儀觀測數據2017年7月9日04∶36～23∶59因UPS故障缺數。2017年7月9日8∶20工作人員發現閩侯臺水溫儀無法正常收數，在7月10日10∶20到閩侯旗山井現場對閩侯臺水溫儀進行故障排查，發現UPS儀器故障無法工作，直接把儀器設備接市電，儀器設備恢復正常工作（見圖7）。

圖5 2017年12月28日水溫和靜水位分鐘值對比曲線

圖6 2018年5月20日水溫分鐘值曲線

3.4 協轉故障干擾

閩侯臺水溫儀觀測數據2017年6月3日09∶15～09∶19更換協轉，造成錯誤數據，干擾幅度達69.170 6℃，進行缺數處理（見圖8）。

3.5 抽水干擾

閩侯臺數字水溫儀觀測數據2018年10月6日17∶53～10月7日11∶06受旁邊魚塘長時間抽水影響，水溫下降，最大下降幅度約為0.028 2℃（見圖9）。魚塘占地20畝，離觀測井直線距離僅有218 m。因魚塘經常性、不固定時間段、長時間進行地下水抽水，用于補充或更換魚塘水池里的水，所以閩侯井的水位長期受干擾影響較明顯，僅當抽水量大的時段水溫受到干擾。因水溫探頭埋深在85 m位置和水位探頭不在同一個含水層，所以受到較長時間抽水影響時，水溫測值會比水位測值滯后大約3小時。臺站人員多次到現場與魚塘負責人協商，要求減少抽水次數以免影響臺站水溫儀觀測質量。

圖7 2017年7月6～12日水溫分鐘值曲線

圖8 2017年6月3日水溫分鐘值曲線

圖9 2018年10月3～9日水溫和靜水位分鐘值曲線

4 結論

通過對閩侯井水溫觀測資料日、月、年的動態趨勢變化以及外界環境因素、人為干擾因素等各種干擾異常特征分析和總結，為今后的資料異常分析提供參考，提高對非地震前兆干擾因素的識別能力，以便更好和及時地排除干擾，識別有效的地震前兆觀測信息。在日常觀測過程中會受到各種各樣的因素干擾影響，如儀器校測、同井安裝儀器、檢查儀器、抽水等，為了獲取連續、真實、可靠的觀測資料，應嚴格按《地震及前兆數字化觀測技術規范》進行標定和檢測，同時應定期或不定期對儀器設備進行檢查，才能確保觀測資料的連續、可靠。