河北怀来怀3井水温梯度测试及结果分析

宋晓冰，张凤秋，王锐锋，只 楠

(河北省地震局怀来地震台，河北 怀来 075400)

0 引言

怀3井是高温热水自流井，由于受经济建设不断发展的影响，于2008年断流，原来进行的水氡观测也于2011年底停止，为更好地发挥怀3井在地震监测中的作用，拟进行静水位井水温观测。按照仪器安装及规范要求，水温探头应投放到观测井温度波动最小部位，需要实地测量确定最佳部位，即进行温度梯度测量。因此，按要求对怀3井进行温度梯度测量，找到观测井温度波动的最小部位，确定探头投放位置，提高水温观测数据质量，得到效果比较好的地热前兆信息[1]。

1 怀3井概况

怀3井位于河北省怀来县后郝窑村，距县城13 km，海拔高程487 m，地质构造属于东西向阴山构造带内蒙古背斜以南和北东向祁吕构造系与燕山沉降带交汇部位。该区新构造活动明显，垂直差异活动十分强烈，形成一系列断陷盆地，如怀来—延庆盆地、涿鹿盆地、阳原盆地、蔚县盆地等[2]。

怀3井于1971年10月成井，井深288.41 m，位于后郝窑热田区，水温高达80多度，矿化度为0.922 g/L，观测层深度为72.5～206.3 m，观测层时代岩性为第三系砂砾岩，地下水类型为SO4-Na。怀3井井孔柱状图如图2所示。

2 怀3井温度梯度测量

测量仪器采用北京中科光大自动化技术有限公司生产的ZKGD3000-N型地下流体自动监测仪器，该仪器具有高精度、高分辨率、高集成、大容量存贮等特点。

图1 怀3井地质构造图Fig.1 Geological structure map of well Huai 3

图2 怀3井柱状图Fig.2 Borehole histogram of well Huai 3

2.1 温度梯度测量

根据地下流体观测规范的要求，对于井深超过200 m的井孔，为减少气温、地表水等其他外界环境干扰，选择从该井100 m处进行测试，每10 m一个测点，每个测点保持稳定后连续读取5个值，取5次的平均值作为该测点的实测值(见表1)。

表1 水温梯度测量数据Table 1 Value of water temperature gradient

由表1可见，随着深度的增大，水温平均值逐渐增大。水温随深度变化曲线如图3所示，显示两者有较好的线性变化，属正梯度；在160 m处，水温变化幅度最小，只有0.104 2 ℃；随着深度的增加水温变化幅度逐渐增大，直到190 m处温度变化趋势变缓。

图3 水温随深度变化曲线图Fig.3 Variation of water temperature with depth

2.2 观测部位的确定

怀3井位于怀来后郝窑热田区，热田区内发育有4条断裂，把4条断裂的活动差异与热田区不同部位热水特征的差异进行对比发现，两者之间存在着明显的相关关系。热水温度高、压力大的部位，断裂活动强度大，随着热水温度与压力的下降，断裂活动强度也逐渐变弱。这种对应关系说明热水参与了断裂活动。热水的高孔隙压力与高温致使断层面摩擦强度明显降低，因此在同一构造力作用下，其错动的距离明显增大，从而使断裂活动变得更加显著[3]。

怀3井从1972年开始水氡观测，2009年改造时新安装逸出气汞观测，2010年由于受周边不断开发的影响导致断流，水氡观测也受到影响，导致停测。距离怀3井100 m的怀4井属同一构造带，怀4井的水汞观测在1996年包头6.4级地震、1998年张北6.2级地震、2002年怀来4.4级地震前均有明显的短临异常出现，说明该区域断裂活动比较明显[4]。

2016年4月28日完成水温梯度测量后，进行水温观测试验，因水温过高，导致12月27日探头故障，2017年3月18日厂家更换新探头，由于怀3井是高温热水井，考虑水温探头的耐热性，根据实际测量结果(见图4)，在140～160 m内，温度变化在0.105 47～0.104 20 ℃之间，变化幅度最小，说明观测受地下水活动影响较小。与同时间段的气温、气压、降雨量对比发现，气温、气压、降雨量对水温无较大影响。因怀3井是高温热水井，不同于冷水井，温度梯度变化幅度比较大，受附近同层井抽水影响较大，选择将探头放置在150 m处，可以得到信噪比较高的地热前兆信息，为该井的最佳观测部位。

图4 水温、气温、气压、降雨量分钟值曲线图Fig.4 The minute value of water temperature, air temperature, pressure and rainfall

3 结论

通过以上分析得出如下结论。

(1) 随深度增加,水温平均值逐渐增加，显示较好的线性关系，属于正梯度，分钟值日变化量0.001 6 ℃。

(2) 150 m处温度变化范围0.105 47 ℃～0.104 2 ℃，波动较小，是该井较理想的前兆观测部位。

参考文献：

[1] 李 婧，吴海波，朱家明，等.延寿地震台水温梯度测量及结果分析[J].防灾减灾学报，2013(4)：67-69.

[2] 宋晓冰，李海孝，张常慧，等.河北沙城2002年8月3日ML4.4地震前水汞异常分析[J].华北地震科学，2003，21(1)：39-42.

[3] 宋晓冰，张常慧，宋贯一，等.从怀来4井水化学异常变化分析流体在孕震过程中的作用[J].中国地震，2005(2)：285-290.

[4] 宋晓冰，张常慧，李海孝，等.怀4井水汞映震机理分析[J].地震地磁观测与研究，2006，27(增刊)：17-21.