刘 丽，何案华，刘建光，杨 昆，鲜述东

（1．盘锦地震台，辽宁 盘锦 124013；2.中国地震局地壳应力研究所，北京 100085）

盘锦红25井和于105井水温梯度观测试验及其结果分析

刘 丽1，何案华2，刘建光1，杨 昆1，鲜述东1

（1．盘锦地震台，辽宁 盘锦 124013；2.中国地震局地壳应力研究所，北京 100085）

对盘锦地震台红25井和于105井水温梯度进行精密测量并对水温梯度特征进行分析。结果表明，观测井不同深度上的水温变化形态有一定的相似性，水温稳定过程均呈对数曲线变化，且两口井水温梯度曲线变化具有一致性特征，其温度—深度曲线几乎重合，但井孔不同深度的井水温度微动态特征明显，显示出一定的差异性。结合井孔柱状图与区域水文地质资料综合分析认为，差异性变化主要与井孔的水文地质特征、地下水类型有关。根据对井孔水温梯度数据的分析确定了水温探头投放的最佳位置。

红25井；于105井；水温梯度；水文地质 ；探头位置

P315.723

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.04.012

1674-8565（2017）04-0066-04

中国地震局监测、预测、科研三结合课题（160604）

2017-08-26

2017-10-30

刘丽（1979-），女，辽宁省盘锦市人，2001年毕业于防灾科技学院，专科，工程师，现在台站从事地下流体监测预报方面的工作。E-mail：377087255@qq.com

0 引言

我国地震地下流体自20世纪80年代研发出高精度石英温度计以来，已在全国360多口观测井进行水(地)温动态观测并取得了良好的成效[1]。辽宁省盘锦地区从90年代初期起便开展井水温观测，并在多次地震前显示出前兆异常，如盘锦台高七井水温观测数据资料在1999年岫岩5.4级地震、2003年内蒙巴林左旗5.9级地震前均出现显著异常，对岫岩5.4级地震的成功预报起到了重要作用。红25井和于105井是盘锦地震台2015年新勘选的地下流体观测井，拟开展水温、水位观测，两口井已经成为盘锦地区为实现“观测网络区域成场”的重要补充。

为了得到高质量的水温前兆信息，在正式开展水温观测之前，对红25井和于105井水温梯度进行分段精密测量，拟获取井孔水温背景值数据，绘制水温梯度曲线，并结合井孔柱状图分析，两口井的水温梯度变化特征，以此来确定水温传感器最佳投放位置，明确井孔热系统与含水层的关系，为下一步分析水温微动态特征基础研究提供参考。

1 观测井概况

红25井位于盘锦市大洼区东风农场北，小洼村东北2500米处，高程4.1m；于105井位于盘锦市大洼区新开农场王家堡村西1900米处，高程5.0m。两口观测井于2016年7月开始进行水位、水温地震前兆监测，从区域地质构造角度进行分析，此两口井均位于下辽河中、新生代断陷盆地的东部凹陷区，观测点东侧为辽东隆起区，西侧为燕山褶皱带，北依内蒙地轴与松辽盆地相隔。断裂上两口观测井位于二界沟断裂中段，该断裂为高角度正断层，北东走向（图 1）。

图1 盘锦地区地质简图Fig.1 Sketched geological map in the area of Panjin

根据地质勘探打井资料，红25井完孔深度为4712 m，现有井深为1411 m（人工井底），射孔部位为1390 m，套管程序∮273.1mm×504.69m＋177.8mm×3710.61m；于105井完孔深度为3400 m，现有井深为1175 m（人工井底），射孔部位为1107 m，套管程序∮273.1mm×500.14m＋139.7mm×3300.96m； 两口井射孔部位均是上第三系馆陶组含水层，岩性主要以砾岩和砂砾岩为主。

2 水温梯度观测实验

红25井、于105井水温梯度实验于2016年6月14日至16日进行，使用仪器为中国地震局地壳应力研究所生产的SZW-Ⅱ型数字式温度计，该仪器其传感器的分辨率为0.0001℃，观测精度不低于0.01℃，观测数据采样率为1次/分钟。

红25井观测实验始于6月14日15：00开始，实验时井水位埋深为52.219m，气温为26.2℃。全井段观测从观测井口开始，每隔25 m测量一组水温观测值，每组测量值在温度变化趋于稳定后开始读数，每一个观测点连续观测30分钟。整个试验是分不同深度段，连续时隔性观测的，观测数据通过水温仪面板现场读取，由计算机现场采集与处理。

于105井观测实验于6月15日10: 00开始，实验时井水位埋深为42.194m，气温26.5℃。观测实验方式同红25井。

2.1 红25井不同测段水温梯度特征分析

由水温梯度测量结果（图2）可见，温度拐点出现在井下75m处（水面以下22.81m），观测井口到水面的距离为52.219m，受太阳辐射影响深度从水面以下计算，即受太阳辐射影响深度在20m左右。随着深度的加深温度增加，属正梯度。井深每增加100m，温度大约上升2～3℃。全井段温度变化范围在1.5～3.5℃/hm之间。温度梯度以0.073℃/hm的速率上升，井深越大，温度越大。

图2 红25井水温梯度测量结果Fig.2 Temperature gradient measurement results of Hong 25 well

由水温梯度变化曲线可见（图3），全井分为低水温梯度段、高水温梯度段和平稳梯度段三段。190～280m处为低梯度段，240m处为全井最低温度梯度段，约1.7℃/hm，由井口柱状图分析，该处为泥岩含水层，对水温起到了滤波作用，削减了该处水交替的剧烈程度；水温梯度起伏较大的是450～580m段，480m处出现全井最高温度梯度，约3.2℃/hm。依井口柱状图分析，该井段处于上第三系明化镇组与第四系平原组界限，岩性主要以粉砂岩为主，围岩的热传导导致温度升高；600～800m段，随着深度的增加，温度梯度变化趋向平稳。

图3 红25井水温梯度曲线Fig.3 Hong 25 well water temperature gradient curve

2.2 于105井各井段水温梯度特征分析

由水温梯度测量结果(图4)可见，温度拐点出现在75m(水面以下32.806m)，即太阳辐射影响深度在30m左右。从图中可以看出，且井深深度每增加100 m，温度上升约2～3℃，而且随着深度的增加，水温升高，属正梯度。温度梯度值变化范围在1～4℃/hm之间，全井段温度梯度总体以0.197℃/hm的速率递增，而且深度越高水温梯度值越高。

图4 于105井水温梯度测量结果Fig.4 Temperature gradient measurement results of Yu 105 well

由水温梯度变化曲线可见（图5），在井段120～340 m处，水温梯度在1.5～2.3℃/hm范围内变化。在井段600～800m处，水温梯度在2.5～3.2℃/hm范围内变化，这两段温度梯度变化幅度较小。在井段400～450m处，温度梯度振荡剧烈，温度在0.9～3.8℃/hm左右范围内变化，且在450m现全井最高温度梯度，约3.8℃/hm。结合井口柱状图分析，该井段位于上第三系明化镇组与第四系平原组界限处，是含水层交换最强段，与温度剧烈变化段相吻合。

图5 于105井水温梯度曲线Fig.5 Water temperature gradient curves of Yu 105 well

2.3 红25井、于105井水温梯度曲线对比分析

对红25井和于105井水温梯度测量结果进行对比分析（图6），从两口井水温梯度对比结果来看，两口井温度-深度变化曲线具有一致性特征，温度梯度拐点均都出现在75m处，即受太阳辐射影响深度在20～30m左右。两口井水温梯度变化都有正梯度段和负梯度段，正梯度段内温度变化速率基本一致，均在1～5℃/hm之间，且都在较为明显的地层结构交界处出现温度梯度数值震荡区。此外，在正梯度段内，梯度数据随着深度的增加越接近射孔部位，也越趋于稳定，这都与围岩破碎、电阻率低的含水层段相吻合。

图6 红25井、于105井水温梯度对比曲线图Fig.6 Water temperature gradient curves of Hong 25 well and Yu 105 well

3 结论

通过对红25井、于105井水温梯度的实验及其结果分析，得出以下几点结论：

（1）从实验过程中和得到的温度梯度曲线可以看出，温度稳定过程遵循指数函数规律，深部水稳定速度、稳定程度都优于浅层水。水温响应特征跟传感器放置深度的地质特征、地下水类型有着十分密切的关系。对于套管直至人工井底这样的井孔结构的井口，水温探头投放位置越接近于射孔部位为宜。

（2）从两口井水温梯度实验数据可以判断出所反映的地下水微动态特征都随深度增加而趋于平稳，这对于处于同一区域、探头投放深度一样的两井（姊妹井口）之间开展对比观测和水温异常动态的落实与跟踪都有重要的参考价值。

（3）从梯度测量数据还可以看出，在井孔内地质结构复杂段进行梯度测量时，间隔距离密度不宜过大，每点固定稳定时间应不小于30分钟。

[1]付子忠. 地热动态观测与地热前兆[J].地壳构造与地壳应力，1998，1（1）：1-2.

[2]李慧玲，程冬焱，胡玉良，等.宽频带倾斜仪及其观测干扰因素分析[J].山西地震，2017，（2）：16-21.

Observation Experiment and Its Results Analysis of Panjin Hong 25 Well and Yu 105 Well Water Temperature Gradient

LIU Li1，HE An-hua2，LIU Jian-guang1，YANG Kun1，XIAN Shu-dong1

（1. Panjin Seismic Station，Liaoning Panjin 124013，China；2. China Earthquake Administration Institute of Crustal Stress，Beijing 100085，China）

A file for Panjin seismic Hong 25 wells and the well water temperature gradient in Yu 105 precision measurement and analysis the characteristic of temperature gradient。The results show that，Observation well water temperature in different depth change form has a certain similarity，Water temperature stable process a logarithmic curve changes，Two wells water temperature gradient curve and has the characteristics of consistency，Its temperature depth curve almost overlap，but different depth hole section of well water temperature dynamic characteristics significantly，showing a certain difference。Combined with the well bore log chart and regional hydrogeology data comprehensive analysis think，difference change main hydrogeological characteristics、groundwater with hole type。According to the analysis of borehole water temperature probe into the best position。

Hong 25 well；Yu 105 well；water gradient；hydrogeology；probe location