李慧峰袁寶珠呂奧博

1） 中國(guó)浙江315029寧波地震臺(tái)

2） 中國(guó)浙江315029寧波市地震監(jiān)測(cè)中心

寧波地震臺(tái)2套水溫儀同層觀測(cè)互干擾現(xiàn)象

李慧峰1）,2）袁寶珠2）呂奧博1）,2）

1） 中國(guó)浙江315029寧波地震臺(tái)

2） 中國(guó)浙江315029寧波市地震監(jiān)測(cè)中心

寧波地震臺(tái)“九五”水溫儀能靈敏記錄到地震前兆異常變化，2010年4年2日“十五”水溫儀安裝，在ZK03井同一深度并行觀測(cè)。并行觀測(cè)期間，2套水溫儀未記錄到地震前兆明顯異常變化，2015年4月24日“十五”水溫儀探頭因供電故障停運(yùn)，“九五”水溫儀恢復(fù)正常記錄特性。分析認(rèn)為，2套水溫儀探頭在運(yùn)行狀態(tài)下產(chǎn)生相互干擾，從而無(wú)法記錄到地震前兆異常變化。因此，小孔徑、小流量觀測(cè)井不宜進(jìn)行水溫同層平行觀測(cè)。

水溫；并行觀測(cè)；地震異常；干擾

0 引言

觀測(cè)井水溫的微動(dòng)態(tài)變化，是由于含水層巖石的受力狀態(tài)發(fā)生變化而引起的井水溫度隨時(shí)間的變化。這種變化量值較小，多在高精度水溫觀測(cè)中才可記錄到（車(chē)用太等，2008）。隨著中國(guó)高精度石英溫度計(jì)的研制成功與推廣應(yīng)用，利用觀測(cè)深井水溫來(lái)研究地下水微溫度場(chǎng)變化的工作獲得明顯進(jìn)展，深井水溫觀測(cè)已經(jīng)成為目前中國(guó)地震監(jiān)測(cè)中的一個(gè)重要測(cè)項(xiàng)。實(shí)踐表明，在地震地下流體動(dòng)態(tài)觀測(cè)中，水溫對(duì)地震活動(dòng)響應(yīng)敏感，在地震預(yù)測(cè)研究中發(fā)揮了重要作用（國(guó)家地震局預(yù)測(cè)預(yù)防司，1997；顧申宜等，2011）。“九五”期間，浙江寧波地震臺(tái)ZK03井增加水溫測(cè)項(xiàng)，該儀器在“十五”水溫儀安裝前共記錄到全球8級(jí)以上地震臨震異常6次（邱永平，2006；劉冬英，2008），近震前兆異常多次（邱永平，2006，2007），特別是2008年汶川8.0級(jí)地震前出現(xiàn)明顯的前兆現(xiàn)象（劉冬英，2008）。中國(guó)地震局流體學(xué)科組為了驗(yàn)證寧波ZK03井“九五”水溫測(cè)項(xiàng)異常的可靠性，2010 年4月2日在該井安裝“十五”水溫儀，進(jìn)行同井位并行觀測(cè)。自此，該臺(tái)“九五”水溫測(cè)項(xiàng)再未觀測(cè)到地震前兆異常。究其原因，認(rèn)為2套觀測(cè)儀器在相鄰位置互為干擾，影響儀器正常觀測(cè)，導(dǎo)致水溫觀測(cè)儀記錄不到地震前兆異常。

1 井孔及觀測(cè)儀器

1.1 井孔概況

寧波地震臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)寧波臺(tái)）地處中國(guó)海岸線中部，杭州灣口南側(cè)，寧波平原北西丘陵南麓，距東海海岸線約16 km，海拔標(biāo)高20 m。寧波臺(tái)綜合流體觀測(cè)井ZK03 井1979年4月成井，井深83.06 m，井孔巖性為白堊紀(jì)紫灰色凝灰?guī)r。該井地下水類(lèi)型為山前補(bǔ)給的基巖構(gòu)造裂隙水，2個(gè)主要含水層在16.5—25.0 m和44.5—48.5 m深度處，水質(zhì)屬低礦化度HCO3—Ca型水。成井時(shí)日流量約3 t，目前約0.5 t。該井完工時(shí)，用Φ168套管下至9.8 m深度處(第四系覆蓋物厚6.3 m)及Φ146套管下至75 m處，并在Φ168管外用水泥固井止水，井孔周?chē)? km內(nèi)無(wú)其他開(kāi)采深井，是上述含水層唯一人工開(kāi)采點(diǎn)，具有良好的水文地質(zhì)環(huán)境。

1.2 觀測(cè)儀器

（1）“九五”水溫儀。寧波臺(tái)“九五”水溫儀2000年12月21日安裝，是SZW-1A型系列數(shù)字式地?zé)幔ㄋ疁兀┯^測(cè)石英溫度計(jì)，由中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所研制生產(chǎn)，具有高分辨率、高穩(wěn)定性、高精度、寬量程、數(shù)字化自動(dòng)觀測(cè)等特點(diǎn)。由于采用智能化設(shè)計(jì)、CMOS系列集成電路，同時(shí)具有高可靠、低功耗、功能強(qiáng)、管理使用方便等性能，在專(zhuān)業(yè)地震前兆觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)和地方前兆觀測(cè)臺(tái)站獲得廣泛應(yīng)用，已成為地下流體學(xué)科主測(cè)項(xiàng)之一（何案華等，2007）。該水溫儀由主機(jī)和傳感器兩部分組成，由200 m（標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度）長(zhǎng)的電纜線連接。測(cè)溫傳感器放置在距井口78.2 m深處，井孔位是半地下室建筑，儀器傳感器探頭線纜通過(guò)PVC管套埋入儀器室，兩地相距小于10 m。

“九五”水溫儀主要技術(shù)指標(biāo)為：分辨率為0.000 1℃，短期穩(wěn)定性、短期漂移小于0.000 1℃/日，長(zhǎng)期穩(wěn)定性、長(zhǎng)期漂移小于0.01℃/年，絕對(duì)精度±0.03℃，動(dòng)態(tài)范圍0—100℃，探頭Φ30×690 mm，耐100個(gè)大氣壓（10 MPa），探頭電纜出廠配置長(zhǎng)度200 m，電源交流100—240 V、直流9—18 V、自動(dòng)切換內(nèi)置避雷部件，標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)接10/100 M自適應(yīng)控制臺(tái)接口，與計(jì)算機(jī)相連時(shí)可調(diào)試儀器、加載程序、設(shè)置參數(shù)、查找故障等。

（2）“十五”水溫儀。2010年4年2日，寧波臺(tái)在同一井孔相同深度安裝1套水溫觀測(cè)儀器，與“九五”水溫儀來(lái)自同一廠商，同為SZW-1A型系列地?zé)幔ㄋ疁兀┯^測(cè)石英溫度計(jì)（V 2004）（簡(jiǎn)稱(chēng)“十五”水溫儀），主要技術(shù)指標(biāo)相同。2套儀器傳感器安裝深度誤差小于200 mm，儀器均由同一供電系統(tǒng)供電，共用同一套防雷接地系統(tǒng)，各自接有備用直流電瓶。

2 儀器運(yùn)行互干擾

2010年4年2日寧波臺(tái)ZK03井2套水溫儀并行觀測(cè)，“九五”水溫儀再未記錄到明顯的地震前兆異常。對(duì)于井震距小于2 000 km的2011年3月11日日本東海9.1級(jí)地震，及井震距290 km的2014年9月15日溫州文泰區(qū)域震群（最大地震為M4.2地震），“九五”水溫儀皆無(wú)異常反應(yīng)，而對(duì)于2006年溫州文泰區(qū)域發(fā)生的震群（最大震級(jí)M4.1），該儀器記錄到明顯的地震前兆異常（邱永平，2007）。究其原因，應(yīng)為2套水溫儀并行觀測(cè)產(chǎn)生互干擾，掩蓋了地震前兆異常變化。

2.1 “十五”水溫儀安裝干擾

寧波臺(tái)“九五”水溫儀器存在漂移，2002年日漂移量0.43×10-4，升溫漂移量的短期穩(wěn)定性符合技術(shù)指標(biāo)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性大于技術(shù)指標(biāo)，后有趨穩(wěn)態(tài)勢(shì)，2009年日漂移量0.17×10-4，短期穩(wěn)定性及長(zhǎng)期穩(wěn)定性皆符合指標(biāo)。圖1為“十五”水溫儀安裝前后“九五”水溫儀觀測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)變化曲線。由圖1可見(jiàn)，2010年4月1日00時(shí)“九五”水溫儀測(cè)值為20.105 8℃，2日15時(shí)水溫?cái)?shù)據(jù)相同，之后安裝“十五”水溫儀，16時(shí)傳感器下井，“九五”水溫儀觀測(cè)數(shù)值下降，16時(shí)10分為20.103 6℃。這是因?yàn)?，?jù)寧波臺(tái)氣象三要素，當(dāng)日16時(shí)氣溫11.13℃，導(dǎo)致“十五”水溫傳感器器件溫度低于水溫，致使同層的“九五”水溫儀觀測(cè)溫度降低。從圖1（b）水溫分鐘值動(dòng)態(tài)變化曲線可知，“十五”水溫儀安裝“九五”水溫儀觀測(cè)溫度有2次下降過(guò)程，成“W”形狀，此水溫變化由安裝過(guò)程中探底拉升數(shù)米后回放造成，說(shuō)明“九五”水溫傳感器對(duì)微動(dòng)態(tài)記錄清晰?！笆濉彼疁貎x運(yùn)行后，“九五”水溫動(dòng)態(tài)曲線呈迅速上升趨勢(shì)，形態(tài)表現(xiàn)為對(duì)數(shù)函數(shù)型曲線，至9日，水溫觀測(cè)數(shù)值仍有2×10-4℃上升，10日溫度停止上升并趨于正常。在“十五”水溫儀安裝過(guò)程中，“九五”水溫儀觀測(cè)數(shù)據(jù)上升幅度為9.7×10-3℃，而其正常變化應(yīng)小于1.5×10-4℃。據(jù)此推斷，“十五”水溫儀安裝運(yùn)行對(duì)“九五”儀器產(chǎn)生大于9.5×10-3℃的干擾值。

圖1 ZK03井“十五”水溫儀安裝前后觀測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)變化曲線(a) 2010年4月1日—10日水溫整點(diǎn)值曲線； (b) 2010年4月1日水溫分鐘值曲線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”水溫儀故障干擾

寧波臺(tái)“九五”、“十五”水溫儀2010年4月2日起并行觀測(cè)，均呈升溫漂移，“十五”水溫漂移量較小，且二者水溫漂移量均有逐年減小趨勢(shì)。2014年“九五”水溫漂移量每日0.11×10-4，“十五”水溫漂移量每日0.03×10-4。2015年4月2日寧波臺(tái)所在區(qū)域計(jì)劃停電，09時(shí)后2套水溫儀均由各自備用電瓶供電，15時(shí)30分檢查發(fā)現(xiàn)，“十五”水溫儀因電瓶故障停止運(yùn)行。

圖2 2015年4月23日—24日Z(yǔ)K03井“九五”“十五”水溫分鐘值動(dòng)態(tài)變化曲線(a)“九五”水溫儀分鐘值曲線； (b)“十五”水溫儀分鐘值曲線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

圖2為“十五”水溫儀電源故障排除前后，2套觀測(cè)儀水溫分鐘值動(dòng)態(tài)變化曲線。由圖2(a)可見(jiàn)，2015年4月23日至24日12時(shí)28分，“九五”水溫觀測(cè)數(shù)值在20.151 8℃—20.151 9℃波動(dòng)，12時(shí)29分水溫?cái)?shù)據(jù)開(kāi)始下降，推斷“十五”水溫儀因電源故障停止運(yùn)行，此后數(shù)值直線下降，15時(shí)38分“十五”水溫儀恢復(fù)運(yùn)行，此時(shí)“九五”水溫觀測(cè)數(shù)值為20.146 7℃，水溫?cái)?shù)值未轉(zhuǎn)折上升，存在微弱下降趨勢(shì)，15時(shí)49分?jǐn)?shù)值為20.146 6℃， 16時(shí)00分?jǐn)?shù)值回升至20.146 7℃，之后數(shù)據(jù)開(kāi)始加速度回升。分析認(rèn)為，“十五”水溫儀停運(yùn)后其傳感器在水流環(huán)境中持續(xù)冷卻，15時(shí)38分“十五”水溫開(kāi)始運(yùn)行，傳感器外殼仍趨于冷卻過(guò)程，20 min后水溫傳感元器件通電加熱傳到器械外殼，從而帶動(dòng)周?chē)魃郎?，使“九五”水溫?cái)?shù)據(jù)開(kāi)始加速度上升。由此可見(jiàn)，“十五”水溫儀因電源故障引起“九五”水溫儀產(chǎn)生5.2×10-3℃的變化幅度非真實(shí)干擾幅度，運(yùn)行產(chǎn)生的干擾幅度應(yīng)大于該值。

由圖2(b)可見(jiàn)，“十五”水溫儀電源故障，導(dǎo)致觀測(cè)數(shù)據(jù)缺數(shù)，引起數(shù)據(jù)儲(chǔ)存錯(cuò)誤；25日18時(shí)50分—26日01時(shí)26分出現(xiàn)2個(gè)低洼型變化形態(tài)，認(rèn)為可能由儀器恢復(fù)運(yùn)行穩(wěn)定過(guò)程所致。

綜上所述，“九五”水溫儀運(yùn)行受到“十五”水溫儀運(yùn)行干擾，同理，“十五”水溫也受到“九五”水溫儀運(yùn)行干擾。

3 結(jié)論

綜上所述，認(rèn)為“九五”與“十五”水溫儀在寧波臺(tái)ZK03井同深度并行觀測(cè)，導(dǎo)致2套儀器運(yùn)行互干擾，嚴(yán)重影響觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，導(dǎo)致并行觀測(cè)后記錄不到地震前兆異常，具體得出以下結(jié)論：①“九五”和“十五”水溫儀觀測(cè)數(shù)值不一致，由傳感器特性和差異所致；②2套水溫儀在同井位同深度觀測(cè)存在相互干擾，是由于傳感器在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生溫度變化和電磁場(chǎng)感應(yīng)，由此產(chǎn)生的干擾幅度是傳感器正常觀測(cè)變化幅度的幾十倍，因此導(dǎo)致2套儀器并行觀測(cè)后無(wú)法記錄到地震前兆異常；③SZW-1A型系列數(shù)字式溫度計(jì)分辨率高、易受干擾，配備該水溫儀的井位不應(yīng)提倡多探頭綜合觀測(cè)。如確實(shí)有觀測(cè)要求，建議SZW-1A型系列數(shù)字式溫度計(jì)傳感器與其他儀器探頭保持一定距離，以減少干擾。

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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，工程師，長(zhǎng)期從事地震監(jiān)測(cè)工作。E-mail：723764472t@qq.com

中國(guó)地震局95-01-02改造項(xiàng)目

本文收到日期：2016-02-18