海口向荣村ZK46井水温异常动态成因分析

解晓静　苏荣托雅　张帆

【摘 要】海口向荣村ZK46井水温呈现突降及阶降阶升异常形态，经分析水温观测正常动态形态，并排除观测系统、环境干扰及同井水位、气象因素等影响，水温探头观测深度恰处于套管变径段，利用井下电视探测到变径段井管似有微破裂，井壁存在部分坍塌。后经梯度测量并重新置放探头深度，水温数据未出现同类异常。因此，认为水温异常形态应是观测段环境受干扰影响所致。

【关键词】井水温；异常动态；井下电视

中图分类号： P315.72 文献标识码： A 文章编号： 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

近年来井水温高精度数字化观测越来越普及，已是地下流体学科重要观测项目之一。水温对地震的孕育过程具有灵敏的响应特征，越来越受到有关学者的关注。现今井水温响应地震机理、水温动态各种特征研究、水温前兆异常及震例分析已有诸多研究成果[1-5]。

海口向荣村流体台，于2008年3月安装了DLZ-1型便携式流体综合观测仪，包含水位、水温、气温、气压及降雨量观测项目，现已连续观测近10年。该台站ZK46井原是化工厂的一口废弃民用水井，后利用原有的井房，经改造供电等设备后用于地下流体观测，其井孔基础资料不为完整。自运行以来，各测项曲线动态总体较稳定，映震效应也较好，预报效能评估均为B类[6]。但2013年7月至2017年初，该井水温时有突降或阶降阶升异常，经有效利用井下电视设备排查核实，最终获得异常原因，本文详细给出了成因分析。值得推崇的是，井下电视利用其显著的可视、精准成像测井技术，现被广泛应用于地震地下流体异常核实中，精确地反映了井下的真实状况，极大提高了异常核实工作效率，推动了地震监测预报事业。

1 ZK46井孔概况

海口向荣村ZK46井，位于海口市秀英区内，地理坐标为北纬20.00°、东经110.26°，井孔标高30.0m，井深320.0m，非自流井，所在断裂位置为马袅—铺前断裂，南距王五—文教断裂35公里，北距琼州海峡断裂15公里，地形地质构造图如（图1），地层岩性为砂砾岩，地下水类型为裂隙混合水。井孔柱状图如（图2）。

2 ZK46井水温正常动态

如（图3）所示，给出ZK46井水温与水位、降水量年、月、日动态曲线图，可看出，井水温观测以来年动态变化不明显，因海口地区属热带海洋气候，春夏多雷雨，秋季为台风季节，ZK46井水位变化受气象、开采等环境影响较大，属降水补给型，所以井水温又随水位变化而变化。井水温日、月动态表现为与水位呈反向相关的潮汐周期变化，因井水位多年动态呈缓慢下降型，故水温多年动态表现为与水位呈反向相关的缓慢上升型。

3 ZK46井水温异常动态及成因分析

3.1 井水温异常概述

2013年7月海口向榮村井水温观测探头发生故障，经更换备用新探头后重新下放继续观测，但下放至约118m深度时，探头无法继续下放，由井孔柱状图可知，井管在118m深度刚好处于变径结构层位，柱状图上可看到此处的变径是从直径220mm变为159mm，变径处有一个30.5mm的台阶，而水温探头直径应为32mm。是否因水温探头刚好落于此台阶上而无法下放，为此台站多名工作人员及仪器厂家专家进行多次挪动均未能继续下放探头，最终水温探头置于约118m深度处进行观测（原深度为190m）。此后水温观测曲线日动态形态由原来的与水位呈反向相关的潮汐周期起伏型变为无反向相关对应的短周期随机起伏型，且日、月、年变幅较之前明显变小，如（图4、图5），水温曲线动态的变化是因探头放置深度的变更而引起。

然而自更换新探头观测以来，水温数据时有突降及阶升阶降等不稳定异常形态出现，如（图6）。以往水温动态虽然稳定性较差，但目前该不稳定异常形态甚为突出，且异常出现的频率较高。

3.2 异常成因分析

首先经现场调查，向荣村井点观测环境良好，周边无大型施工作业，无明显干扰源；DLZ-1型综合观测仪器供电系统正常，数据采集传输系统正常，井口装置及探头电缆线固定装置稳定，即可排除观测系统及环境干扰的影响。

同井测项分析，井水温异常发生时，如上（图6）所示，对应井水位及气温、气压、降水量曲线形态均正常稳定，因此，也可排除同井水位及气象因素的影响。

鉴于以上因素的排除，考虑到无法确定井孔本身或内部是否有异常现象等，再加上水温探头下至118m时便无法继续下放，其井孔结构是否有变化，决定利用井下电视装备对井孔进行探查。

在此，先分析井孔结构情况。按照流体观测井的建设要求，其井孔结构均需满足专业的观测要求，而该ZK46井的建设原是民用水井而非专业观测井。参考ZK46井孔柱状图可看出，结构要素里井深、井径、过水断面较符合流体观测要求，而套管、止水等要素资料缺乏，是否符合专业要求不得而知。按照要求，為保证观测井的长久使用性，套管材料应满足长久不变形、不破裂与抗腐蚀的要求，而且在观测井使用期内，套管发生变形、错位、破裂、腐蚀等事故，不仅直接影响井下的正常观测，而且严重干扰观测数据，常常引发“伪异常”，严重干扰观测数据的分析；为了防止套管晃动，套管与井壁围岩间隙应有充填物固定套管；而为防止非观测含水层以上的地下水渗入到观测井中来，套管变径处必须采取止水措施，止水材料可为黏土、水泥、桐油石灰、沥青、橡胶等[7]。那么ZK46井套管及止水等诸多关键结构要素的建设较模糊甚至不符合专业要求，正如现场了解，ZK46井套管为铁管，属于易腐蚀材料。

当下放井下电视探头至118m左右深度时，正如上述水温探头下放至118m时，同样也无法继续下放，且经多次挪动或上提再下放均未能继续下放。如（图7）给出井下电视采集部分视频图像。由井孔柱状图可看出，井管在118米深度刚好处于变径结构层位，且围岩产状为软质岩体凝灰岩。那么在此分析认为，在已知ZK46井孔结构建设不完全符合专业要求的情况下，很可能存在套管变径处未采取止水措施，或者止水材料不合格等问题，且铁质材料的套管易腐蚀、破裂，加之围岩产状又为软质岩体，观测时间长久后，造成该118m左右井段套管逐渐被井水腐蚀产生微变形破裂，同时部分井壁产生坍塌，正如井下电视视频中看到的井壁有裂缝，且井水内有杂物堵塞，从而导致水温探头和井下电视探头均受阻无法下放（井水应仍是连通状态的）。那么，可推断井水温探头置于此处观测，观测环境受干扰影响较明显，故产生水温数据时有突降或阶降阶升的异常现象，亦即上述的“伪异常”，并非地震前兆异常。

3.3 改进措施及资料分析

针对此异常，考虑到水温探头因受阻无法下放，为了避开该易受干扰影响的层位，暂时采取上提水温探头并置放合适深度的措施，进而跟踪新观测深度的曲线动态情况。因此，查阅早前的水温梯度测量结果，发现其较粗略，无法用于新观测深度的准确定位。为此，严格按照温度梯度测量要求，重新对ZK46井进行了测量，水温探头最终确定投放于井下102米深度处进行观测，如（图8）为ZK46井温度-深度、温度梯度-深度合并图。

重新置放水温探头观测以来，截至目前曲线动态正常，未出现以前的突降或阶降阶升等不稳定形态，如（图9）。

4 结论与讨论

海口向荣村ZK46井水温自2013年7月以来出现的突降、阶降阶升异常，是因水温探头置放深度正好处于套管变径层位，而因该井套管材料及建设不符合要求，且套管变径处未采取止水措施或止水效果差等原因导致变径处井管产生微破裂，井壁存在部分坍塌，利用井下电视设备核实异常过程中能较清楚地看到水温探头置放于此井段，而该井段观测环境已遭破坏，受干扰程度明显增强，进而干扰水温观测数据产生异常形态。

截至目前数据曲线形态较稳定，未出现以前的突降或阶升阶降形态，但ZK46井本为民用水井，非地震专业建设井，且目前已由井下电视设备清楚核实到118m左右深度变径段井管有微破裂及坍塌现象。因此，虽然调整探头后观测水温动态较稳定，但时间长久后，井孔的被破坏程度会愈加严重，会严重干扰观测数据产生“伪异常”或其它状况等。

在此，建议向荣村台向相关专家咨询并对ZK46井进行改造修复，以确保观测数据长久稳定，真正为地震预测预报工作所用。

【参考文献】

[1]张子广，盛艳蕊，等.赤诚井水温趋势转折上升原因分析[J].华北地震科学，2014，32（4）：50-54.

[2]谷元珠，车用太，鱼金子，等.塔院井水温微动态研究[J].地震，2003，23（1）：102-108.

[3]车用太，刘成龙，鱼金子，等.井水温微动态及形成机制[J].地震，2008，28（4）：20-28.

[4]孙小龙，刘耀伟.苏门答腊8.5级地震引起的水温响应变化[J].华北地震科学，2008，26（1）：35-40.

[5]张慧，顾申宜，李志雄，等.单井多层位水温微动态初步研究[J].地震，2013，33（1）：101-110.

[6]解晓静.海南省井水位的数字化观测在地震前兆监测中的效能[J].华南地震，2015，35（2）：28-36.

[7]李克，赵仲和，宋彦云，等.地震地下流体理论基础与观测技术（试用本）[M].北京：地震出版社，2007：71-77.