宁波地震台2套水温仪同层观测互干扰现象

李慧峰袁宝珠吕奥博

1） 中国浙江315029宁波地震台

2） 中国浙江315029宁波市地震监测中心

宁波地震台2套水温仪同层观测互干扰现象

李慧峰1）,2）袁宝珠2）吕奥博1）,2）

1） 中国浙江315029宁波地震台

2） 中国浙江315029宁波市地震监测中心

宁波地震台“九五”水温仪能灵敏记录到地震前兆异常变化，2010年4年2日“十五”水温仪安装，在ZK03井同一深度并行观测。并行观测期间，2套水温仪未记录到地震前兆明显异常变化，2015年4月24日“十五”水温仪探头因供电故障停运，“九五”水温仪恢复正常记录特性。分析认为，2套水温仪探头在运行状态下产生相互干扰，从而无法记录到地震前兆异常变化。因此，小孔径、小流量观测井不宜进行水温同层平行观测。

水温；并行观测；地震异常；干扰

0 引言

观测井水温的微动态变化，是由于含水层岩石的受力状态发生变化而引起的井水温度随时间的变化。这种变化量值较小，多在高精度水温观测中才可记录到（车用太等，2008）。随着中国高精度石英温度计的研制成功与推广应用，利用观测深井水温来研究地下水微温度场变化的工作获得明显进展，深井水温观测已经成为目前中国地震监测中的一个重要测项。实践表明，在地震地下流体动态观测中，水温对地震活动响应敏感，在地震预测研究中发挥了重要作用（国家地震局预测预防司，1997；顾申宜等，2011）。“九五”期间，浙江宁波地震台ZK03井增加水温测项，该仪器在“十五”水温仪安装前共记录到全球8级以上地震临震异常6次（邱永平，2006；刘冬英，2008），近震前兆异常多次（邱永平，2006，2007），特别是2008年汶川8.0级地震前出现明显的前兆现象（刘冬英，2008）。中国地震局流体学科组为了验证宁波ZK03井“九五”水温测项异常的可靠性，2010 年4月2日在该井安装“十五”水温仪，进行同井位并行观测。自此，该台“九五”水温测项再未观测到地震前兆异常。究其原因，认为2套观测仪器在相邻位置互为干扰，影响仪器正常观测，导致水温观测仪记录不到地震前兆异常。

1 井孔及观测仪器

1.1 井孔概况

宁波地震台（以下简称宁波台）地处中国海岸线中部，杭州湾口南侧，宁波平原北西丘陵南麓，距东海海岸线约16 km，海拔标高20 m。宁波台综合流体观测井ZK03 井1979年4月成井，井深83.06 m，井孔岩性为白垩纪紫灰色凝灰岩。该井地下水类型为山前补给的基岩构造裂隙水，2个主要含水层在16.5—25.0 m和44.5—48.5 m深度处，水质属低矿化度HCO3—Ca型水。成井时日流量约3 t，目前约0.5 t。该井完工时，用Φ168套管下至9.8 m深度处(第四系覆盖物厚6.3 m)及Φ146套管下至75 m处，并在Φ168管外用水泥固井止水，井孔周围5 km内无其他开采深井，是上述含水层唯一人工开采点，具有良好的水文地质环境。

1.2 观测仪器

（1）“九五”水温仪。宁波台“九五”水温仪2000年12月21日安装，是SZW-1A型系列数字式地热（水温）观测石英温度计，由中国地震局地壳应力研究所研制生产，具有高分辨率、高稳定性、高精度、宽量程、数字化自动观测等特点。由于采用智能化设计、CMOS系列集成电路，同时具有高可靠、低功耗、功能强、管理使用方便等性能，在专业地震前兆观测台网和地方前兆观测台站获得广泛应用，已成为地下流体学科主测项之一（何案华等，2007）。该水温仪由主机和传感器两部分组成，由200 m（标准长度）长的电缆线连接。测温传感器放置在距井口78.2 m深处，井孔位是半地下室建筑，仪器传感器探头线缆通过PVC管套埋入仪器室，两地相距小于10 m。

“九五”水温仪主要技术指标为：分辨率为0.000 1℃，短期稳定性、短期漂移小于0.000 1℃/日，长期稳定性、长期漂移小于0.01℃/年，绝对精度±0.03℃，动态范围0—100℃，探头Φ30×690 mm，耐100个大气压（10 MPa），探头电缆出厂配置长度200 m，电源交流100—240 V、直流9—18 V、自动切换内置避雷部件，标准以太网接10/100 M自适应控制台接口，与计算机相连时可调试仪器、加载程序、设置参数、查找故障等。

（2）“十五”水温仪。2010年4年2日，宁波台在同一井孔相同深度安装1套水温观测仪器，与“九五”水温仪来自同一厂商，同为SZW-1A型系列地热（水温）观测石英温度计（V 2004）（简称“十五”水温仪），主要技术指标相同。2套仪器传感器安装深度误差小于200 mm，仪器均由同一供电系统供电，共用同一套防雷接地系统，各自接有备用直流电瓶。

2 仪器运行互干扰

2010年4年2日宁波台ZK03井2套水温仪并行观测，“九五”水温仪再未记录到明显的地震前兆异常。对于井震距小于2 000 km的2011年3月11日日本东海9.1级地震，及井震距290 km的2014年9月15日温州文泰区域震群（最大地震为M4.2地震），“九五”水温仪皆无异常反应，而对于2006年温州文泰区域发生的震群（最大震级M4.1），该仪器记录到明显的地震前兆异常（邱永平，2007）。究其原因，应为2套水温仪并行观测产生互干扰，掩盖了地震前兆异常变化。

2.1 “十五”水温仪安装干扰

宁波台“九五”水温仪器存在漂移，2002年日漂移量0.43×10-4，升温漂移量的短期稳定性符合技术指标，长期稳定性大于技术指标，后有趋稳态势，2009年日漂移量0.17×10-4，短期稳定性及长期稳定性皆符合指标。图1为“十五”水温仪安装前后“九五”水温仪观测数据动态变化曲线。由图1可见，2010年4月1日00时“九五”水温仪测值为20.105 8℃，2日15时水温数据相同，之后安装“十五”水温仪，16时传感器下井，“九五”水温仪观测数值下降，16时10分为20.103 6℃。这是因为，据宁波台气象三要素，当日16时气温11.13℃，导致“十五”水温传感器器件温度低于水温，致使同层的“九五”水温仪观测温度降低。从图1（b）水温分钟值动态变化曲线可知，“十五”水温仪安装“九五”水温仪观测温度有2次下降过程，成“W”形状，此水温变化由安装过程中探底拉升数米后回放造成，说明“九五”水温传感器对微动态记录清晰。“十五”水温仪运行后，“九五”水温动态曲线呈迅速上升趋势，形态表现为对数函数型曲线，至9日，水温观测数值仍有2×10-4℃上升，10日温度停止上升并趋于正常。在“十五”水温仪安装过程中，“九五”水温仪观测数据上升幅度为9.7×10-3℃，而其正常变化应小于1.5×10-4℃。据此推断，“十五”水温仪安装运行对“九五”仪器产生大于9.5×10-3℃的干扰值。

图1 ZK03井“十五”水温仪安装前后观测数据动态变化曲线(a) 2010年4月1日—10日水温整点值曲线； (b) 2010年4月1日水温分钟值曲线Fig.1 Changes of observation data before and after the installation of“the ninth fve-year plan” water thermometer in well ZK03

2.2 “十五”水温仪故障干扰

宁波台“九五”、“十五”水温仪2010年4月2日起并行观测，均呈升温漂移，“十五”水温漂移量较小，且二者水温漂移量均有逐年减小趋势。2014年“九五”水温漂移量每日0.11×10-4，“十五”水温漂移量每日0.03×10-4。2015年4月2日宁波台所在区域计划停电，09时后2套水温仪均由各自备用电瓶供电，15时30分检查发现，“十五”水温仪因电瓶故障停止运行。

图2 2015年4月23日—24日ZK03井“九五”“十五”水温分钟值动态变化曲线(a)“九五”水温仪分钟值曲线； (b)“十五”水温仪分钟值曲线Fig.2 The minute data of water temperatures of “The ninth fve-year plan” instrument and“The ninth fve-year plan” instrument at ZK03 on April 23 to 24，2015

图2为“十五”水温仪电源故障排除前后，2套观测仪水温分钟值动态变化曲线。由图2(a)可见，2015年4月23日至24日12时28分，“九五”水温观测数值在20.151 8℃—20.151 9℃波动，12时29分水温数据开始下降，推断“十五”水温仪因电源故障停止运行，此后数值直线下降，15时38分“十五”水温仪恢复运行，此时“九五”水温观测数值为20.146 7℃，水温数值未转折上升，存在微弱下降趋势，15时49分数值为20.146 6℃， 16时00分数值回升至20.146 7℃，之后数据开始加速度回升。分析认为，“十五”水温仪停运后其传感器在水流环境中持续冷却，15时38分“十五”水温开始运行，传感器外壳仍趋于冷却过程，20 min后水温传感元器件通电加热传到器械外壳，从而带动周围水流升温，使“九五”水温数据开始加速度上升。由此可见，“十五”水温仪因电源故障引起“九五”水温仪产生5.2×10-3℃的变化幅度非真实干扰幅度，运行产生的干扰幅度应大于该值。

由图2(b)可见，“十五”水温仪电源故障，导致观测数据缺数，引起数据储存错误；25日18时50分—26日01时26分出现2个低洼型变化形态，认为可能由仪器恢复运行稳定过程所致。

综上所述，“九五”水温仪运行受到“十五”水温仪运行干扰，同理，“十五”水温也受到“九五”水温仪运行干扰。

3 结论

综上所述，认为“九五”与“十五”水温仪在宁波台ZK03井同深度并行观测，导致2套仪器运行互干扰，严重影响观测数据质量，导致并行观测后记录不到地震前兆异常，具体得出以下结论：①“九五”和“十五”水温仪观测数值不一致，由传感器特性和差异所致；②2套水温仪在同井位同深度观测存在相互干扰，是由于传感器在工作时会产生温度变化和电磁场感应，由此产生的干扰幅度是传感器正常观测变化幅度的几十倍，因此导致2套仪器并行观测后无法记录到地震前兆异常；③SZW-1A型系列数字式温度计分辨率高、易受干扰，配备该水温仪的井位不应提倡多探头综合观测。如确实有观测要求，建议SZW-1A型系列数字式温度计传感器与其他仪器探头保持一定距离，以减少干扰。

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Mutual interference between two sets of water thermometers in same layer observation

Li Huifeng1),2)，Yuan Baozhu2)and Lv Aobo1),2)
1)Ningbo Seismic Station,Zhejiang Province315029,China
2)Ningbo Earthquake Monitoring Center,Zhejiang Province315029,China

At Ningbo Seismic Station, “the ninth fve-year plan” water thermometer can quickly record anomalous changes of earthquake precursor.“The tenth five-year plan” water thermometer was installed on April 2nd 2010 and made observation at the same depth in ZK03 well.During this same layer observation, both the two sets of water thermometers did not record the anomalous change of earthquake precursor.And on April 24th 2015 “the tenth five-year plan” water thermometer probe stopped working due to power supply failure and then “the ninth five-year plan” recovered to recording the anomaly.The analysis found that they cannot record anomaly due to mutual interference between their probes during operation.Therefore, it is not suitable to make same layer observation of water temperature in wells with small bore and small fow.

water temperature，parallel observation，precursor anomaly，interference

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.06.018

李慧峰（1970—），男，工程师，长期从事地震监测工作。E-mail：723764472t@qq.com

中国地震局95-01-02改造项目

本文收到日期：2016-02-18