天津汉1井水温固体潮畸变增多异常机理研究.pdf
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1、第 源远 卷 第 源 期圆园圆猿 年 员园 月地震研究允韵哉砸晕粤蕴 韵云 杂耘陨杂酝韵蕴韵郧陨悦粤蕴 砸耘杂耘粤砸悦匀灾燥造郾 源远袁 晕燥郾 源韵糟贼郾 袁 圆园圆猿鄢收稿日期院 圆园圆圆 原园猿 原圆苑郾基金项目院 地震预测开放基金 渊载匀圆猿园苑员阅冤曰 中国地震局地震科技星火项目 渊载匀圆园园园猿再冤曰 中国地震局震情跟踪任务渊圆园圆猿园员园猿员园冤曰 天津市地震局内科研项目 渊在凿圆园圆圆园源冤 郾第一作者简介院 王熠煕 渊员怨愿缘 原 冤袁 高级工程师袁 主要从事地震地下流体预报科研工作 郾 耘鄄皂葬蚤造院 憎葬灶早赠曾员圆猿岳员远猿郾 糟燥皂郾王熠煕袁邵永新袁李悦袁等援 圆园圆
2、猿援 天津汉 员 井水温固体潮畸变增多异常机理研究咱允暂援 地震研究袁源远渊源冤院缘园猿 原 缘员园袁凿燥蚤院员园援圆园园员缘辕 躁援 糟灶噪蚤援 陨杂杂晕员园园园 原园远远远援 圆园圆猿援 园园猿圆援宰葬灶早 再 载袁杂澡葬燥 再 载袁蕴蚤 再袁藻贼 葬造援 圆园圆猿援 砸藻泽藻葬则糟澡 燥灶 贼澡藻 葬遭灶燥则皂葬造 皂藻糟澡葬灶蚤泽皂 燥枣 蚤灶糟则藻葬泽蚤灶早 泽燥造蚤凿 贼蚤凿藻 凿蚤泽贼燥则贼蚤燥灶 蚤灶 憎葬贼藻则 贼藻皂责藻则葬贼怎则藻 燥枣憎藻造造 匀葬灶 员 蚤灶 栽蚤葬灶躁蚤灶咱允暂援 允燥怎则灶葬造 燥枣 杂藻蚤泽皂燥造燥早蚤糟葬造 砸藻泽藻葬则糟澡袁源远渊源冤院缘园猿
3、 原缘员园袁凿燥蚤院员园援 圆园园员缘辕 躁援 糟灶噪蚤援 陨杂杂晕员园园园 原园远远远援 圆园圆猿援 园园猿圆援天津汉 员 井水温固体潮畸变增多异常机理研究鄢王熠煕员袁 邵永新员袁 李 悦员袁 孙小龙圆袁 李 赫员袁 刘双庆员渊员郾 天津市地震局袁 天津 猿园园圆园员曰 圆郾 应急管理部国家自然灾害防治研究院袁 北京 员园园园愿缘冤摘要院 针对天津汉 员 井水温固体潮畸变连续增多现象袁 从水温对比实验尧 气压影响尧 水化学分析等方面分析了畸变特征和异常机理遥 结果表明院 淤水温固体潮畸变的深度位于 圆圆园 耀 圆缘缘 皂袁 且水温畸变多发生在水温固体潮低潮期尧 水位固体潮高潮期曰 于当气压出
4、现大幅突变时可能对水温固体潮产生相关影响曰 盂汉 员 井水化学组分具有明显的海相沉积特点袁 且汉 员 井具有聚集油气的构造条件袁 观测层位于当地油气层的产气层深度曰 综合贝尼奥夫应变结果分析认为袁 汉 员 井水温固体潮畸变的连续增多实质是逸出油气增多的表现袁 是汉 员 井 原 含水层系统在区域构造作用力下的一种响应遥关键词院 汉 员 井曰 水温曰 固体潮畸变曰 油气曰 异常机理曰 天津中图分类号院 孕猿员缘郾 苑圆猿 文献标识码院 粤 文章编号院 员园园园 原园远远远渊圆园圆猿冤园源 原园缘园猿 原园愿凿燥蚤院员园援 圆园园员缘辕 躁援 糟灶噪蚤援 陨杂杂晕员园园园 原园远远远援 圆园圆猿援
5、园园猿圆园 引言水温观测作为地震地下流体的一种主要前兆观测手段袁 可以记录到丰富的水温微动态信息遥以水温变化作为地震前兆的震例在国内外研究中已经得 到认 可 渊 酝燥早蚤 藻贼 葬造袁 员怨愿怨曰 车用太 等袁员怨怨远袁 圆园园愿曰 马玉川等袁 圆园员园曰 梁莹等袁 圆园员远曰付虹等袁 圆园圆园冤遥 水温的固体潮效应是对地壳应力 原 应变信息灵敏响应的重要标志袁 但位于不同水文地质条件与区域构造的水温观测井孔袁 其水温固体潮在震前的异常特征并不相同遥 深入分析水温固体潮异常的产生机理袁 有助于加深在地下应力状态调整情况下井 原 含水层系统对固体潮响应的认识 渊 砸燥泽葬藻增袁 耘泽蚤责噪燥袁
6、圆园园猿曰 耘泽蚤责噪燥袁 砸燥鄄泽葬藻增袁 圆园园苑冤袁 明确地下水温度对地壳应力 原 应变的响应能力 渊云怎则怎赠葬袁 杂澡蚤皂葬皂怎则葬袁 员怨愿愿曰 运蚤贼葬鄄早葬憎葬 藻贼 葬造袁 员怨怨远冤遥天津汉 员 井是一口废弃的石油井袁 员怨愿圆 年 苑月开始水位观测遥 观测期间资料变化稳定袁 固体潮清晰袁 但观测结果没有发现比较好的前兆异常袁后由于各种原因于 圆园员园 年停测遥 圆园员源 年 员园 月袁该井重新启用袁 开展水位和水温观测遥 在观测过程中发现袁 水温观测曲线经常出现畸变袁 而水位观测正常遥 在以往观测中早已发现汉 员 井有逸出油气现象袁 通过查阅油井产油量尧 油气比尧 产气量
7、等相关研究 渊刘元生等袁 圆园园园曰 王瑞丽等袁 圆园园源冤发现袁 地震前这些指标常出现上升异常现象遥 对比汉 员 井水温的这种固体潮畸变袁 认为其很可能是一种类似异常现象遥 但这种现象的特殊之处在于引起了水温观测曲线的畸变袁 而且随着资料的不断积累袁 发现水温畸变次数的连续增多与周边的中等地震似乎有一定关联遥 鉴于此袁 本文拟从水温对比实验尧 气压突变尧 水化学特征尧 井孔构造位置尧 构造应力变化等方面开展研究袁 探讨汉 员 井水温固体潮畸变连续增多异常的成因机理遥地震研究源远 卷员 观测井及观测资料概况汉 员 井位于天津市滨海新区袁 东距渤海湾约员 噪皂袁 周围为第四系沉积平原袁 地势开阔
8、遥 构造上袁 汉 员 井位于北塘凹陷内袁 北距汉沽断裂约员员 噪皂袁 南距海河断裂约 圆园 噪皂袁 与茶淀断裂和塘北 断 裂 相 距 约 怨 噪皂 渊 图 员 冤遥 汉 员 井 井 深猿 猿园猿 皂袁 是一口石油废井袁 射孔深度在 圆 远愿愿 耀圆 苑员猿 皂袁 观测段井径 猿圆源 皂皂袁 过水段井径员源园 皂皂渊图 圆冤袁 岩性为古近系沙河街组砂砾岩尧 细砂岩遥 井水上面漂有一层厚约 猿 皂 的清质油袁 水质为单一氯化钠型袁 属孔隙尧 裂隙承压水遥 井孔观测层的深度近 猿 噪皂袁 除地热尧 油田开采等外袁一般的民用尧 工业用水的开采很难达到这一深度渊邵永新等袁 员怨怨远冤遥 新生界盖层西南部
9、最厚可达 缘 噪皂袁 其它地区不超过 圆 噪皂袁 其中第四系厚约 源园园 皂袁 向东部厚度逐渐增大遥 由于该井地处滨海平 原袁 多 次 海 侵 使 浅 部 形 成 广 布 的 咸 水渊李兵岩袁 圆园员远冤遥 对该井 员怨愿圆 年 苑 月以来的水位观测资料进行分析袁 并没有发现较好的震前异常现象遥 圆园员源 年在井内安装了 杂宰再 原 员粤 型水位仪尧 杂在宰 原 员粤 水温仪袁 水位探头位于 苑圆 皂 深处袁 水温探头位于 圆源缘 皂 深处遥云员院 海河断裂曰 云圆院 沧东断裂曰 云猿院 塘北断裂曰 云源院 茶淀断裂曰 云缘院 汉沽断裂曰 云远院 大寺断裂曰 云苑院 天津北断裂曰 云愿院 天津
10、南断裂图 员 汉 员 井构造位置示意图云蚤早郾 员 蕴燥糟葬贼蚤燥灶 燥枣 憎藻造造 匀葬灶 员 葬灶凿 贼澡藻早藻燥贼藻糟贼燥灶蚤糟 泽藻贼贼蚤灶早泽 蚤灶 贼澡藻 增蚤糟蚤灶蚤贼赠图 圆 汉 员 井井孔柱状图云蚤早郾 圆 匀蚤泽贼燥早则葬皂 燥枣 憎藻造造 匀葬灶 员圆 水温畸变特征分析圆郾 员 水温畸变相关特征汉 员 井自 圆园员源 年 员圆 月开始水温观测以来袁 能够记录到固体潮变化袁 但经常出现畸变现象遥 以圆园员缘 年 员 月 苑愿 日水温资料为例袁 水温在 苑 日变化正常袁 但在 愿 日出现了 圆 次畸变 渊图 猿葬冤遥 水温畸变出现时间多在潮汐的低潮期间遥 这种畸变每天出现的次
11、数有多有少袁 最多可达到十几次遥 与水位观测资料相比 渊图 猿遭冤袁 固体潮虽有一定相位差袁 但水温畸变基本都出现在水位对应的固体潮高潮期遥 测量结果表明袁 在能够观测到水温畸变的深度段 渊圆圆园 耀圆缘缘 皂冤袁 能够清楚地观测到类似畸变 渊图 猿葬尧 糟 耀 枣冤袁 而在这深度段之上或之下渊图 猿早尧 澡冤袁 没有发现明显畸变现象遥圆郾 圆 水温对比观测圆园员源 年员圆 月员缘 日员猿 时猿苑 分袁 在水温梯度测量过程中袁 向井内投入直径约 缘 糟皂 的石子袁 随后听到井内有连续冒气泡的声音袁 发现水温观测曲线发生大幅度起伏变化袁 并出现持续 圆 澡 的低值起伏变化袁 同时水位也出现下降现
12、象 渊图猿蚤尧 躁冤遥 这种水温畸变不可能完全是由石子投入所致袁 可能也与井中逸出油气有关遥圆园员苑 年 员圆 月 圆员 日在井中重新安装了一套水温仪 渊在运郧阅 原 猿园园园晕蕴冤袁 与现有水温仪进行同层对比观测遥 圆 套水温仪都观测到了同步畸变现象袁 不同的是新安装仪器畸变幅度小一些源园缘第 源 期王熠煕等院 天津汉 员 井水温固体潮畸变增多异常机理研究 渊图 猿噪尧 造冤遥 因此袁 判定该现象是一种真实现象遥 表 员 列出了不同深度测量过程中资料稳定后圆源 澡 分钟值差分后的均方差 滓 和水温背景噪声 值 驻载遥 从表 员 可见袁 圆圆园 耀 圆缘缘 皂 的 滓 和 驻载 最小袁 其水温
13、观测曲线能够记录到清晰的固体潮变化 渊图 猿葬尧 糟 耀 枣冤遥注院 图 渊枣冤 渊澡冤 渊造冤 为比测仪器记录结果袁 与正常观测仪器记录温度有系统差图 猿 汉 员 井水温尧 水位分钟值曲线云蚤早郾 猿 栽澡藻 皂蚤灶怎贼藻鄄增葬造怎藻 糟怎则增藻泽 燥枣 贼澡藻 憎葬贼藻则 贼藻皂责藻则葬贼怎则藻 葬灶凿 憎葬贼藻则 造藻增藻造 蚤灶 憎藻造造 匀葬灶 员圆郾 猿 水温梯度分析从汉 员 井 员园园 耀 缘愿园 皂 深度范围内的水温和梯度测量结果发现袁 井水温随深度的增加而增大渊图 源葬冤袁 近似于线性增加袁 不存在负梯度的温度异常区 渊图 源遭冤遥 因此袁 井水温反映的固体潮周期形态是依赖于
14、固体潮导致的水位升降而变化的遥缘园缘地震研究源远 卷 表 员 汉 员 井各深度水温背景噪声值 驻载 及标准差值 滓栽葬遭郾 员 月葬糟噪早则燥怎灶凿 灶燥蚤泽藻 驻载 葬灶凿 泽贼葬灶凿葬则凿 凿藻增蚤葬贼蚤燥灶 滓 燥枣 贼澡藻 憎葬贼藻则 贼藻皂责藻则葬贼怎则藻 葬贼 凿蚤枣枣藻则藻灶贼 凿藻责贼澡泽 蚤灶 憎藻造造 匀葬灶 员深度辕 皂员园园员缘园圆园园圆员园圆圆园圆源园圆源缘圆缘园圆缘缘圆远园圆愿园日期圆园员源 原员园 原园员 圆园员源 原员园 原园源 圆园员源 原员园 原园苑 圆园员苑 原员圆 原圆缘 圆园员源 原员员 原园缘 圆园员源 原员员 原园愿 圆园员源 原员员 原圆源 圆园
15、员源 原员园 原园怨 圆园员愿 原园员 原园远 圆园员源 原员员 原员员 圆园员源 原员员 原员源滓园郾园园园 源怨猿园郾园园园 圆猿怨园郾园园园 圆员苑园郾园园园 园苑苑园郾园园园 园远圆园郾园园园 园远圆园郾园园园 园远圆园郾园园园 园远远园郾园园园 园缘苑园郾园园园 员远园郾园园园 猿圆驻载园郾园园园 猿愿圆园郾园园园 员愿圆园郾园园园 员远圆园郾园园园 园源怨园郾园园园 园猿远园郾园园园 园猿苑园郾园园园 园猿苑园郾园园园 园源园郾园园园 园猿圆园郾园园园 员员愿园郾园园园 圆源苑深度辕 皂猿园园猿缘园源园园源圆园源源园源远园源愿园缘园园缘圆园缘源园缘愿园日期圆园员源 原员园 原员圆
16、圆园员源 原员园 原员源 圆园员源 原员园 原员远 圆园员源 原员园 原员怨 圆园员源 原员园 原圆员 圆园员源 原员园 原圆猿 圆园员源 原员园 原圆缘 圆园员源 原员园 原圆苑 圆园员源 原员园 原圆怨 圆园员源 原员园 原猿员 圆园员源 原员员 原园圆滓园郾园园园 猿员猿园郾园园园 圆愿园郾园园园 猿员猿园郾园园园 圆愿愿园郾园园园 圆愿园郾园园园 圆愿员园郾园园园 猿员愿园郾园园园 猿员缘园郾园园园 圆缘园郾园园园 猿猿缘园郾园园园 圆苑源驻载园郾园园园 圆源圆园郾园园园 圆员愿园郾园园园 圆源源园郾园园园 圆员苑园郾园园园 圆员怨园郾园园园 圆员缘园郾园园园 圆源远园郾园园园 圆缘员
17、园郾园园园 员怨缘园郾园园园 圆缘愿园郾园园园 源圆愿图 源 汉 员 井水温随深度变化 渊葬冤 及其梯度 渊遭冤云蚤早郾 源 灾葬则蚤葬贼蚤燥灶 燥枣 贼澡藻 憎葬贼藻则 贼藻皂责藻则葬贼怎则藻 葬造燥灶早 憎蚤贼澡 凿藻责贼澡 渊葬冤 葬灶凿 贼澡藻憎葬贼藻则 贼藻皂责藻则葬贼怎则藻 早则葬凿蚤藻灶贼 渊遭冤 蚤灶 憎藻造造 匀葬灶 员同时袁 仅在 圆圆园 耀圆缘缘 皂 可以观测到水温以及固体潮的畸变现象袁 说明在此深度内袁 随着水位的上升或者下降袁 带来的温度变化最快袁 水温因固体潮周期波动更加明显袁 受背景噪声影响最小袁 与水位的潮汐波动相关程度最高遥猿 水温畸变频次增多机理分析猿郾 员
18、 干扰因素对水温畸变的影响汉 员 井水温畸变次数时多时少袁 降水和气压引起的载荷变化会对水温微动态产生一定影响遥 从汉 员 井水温畸变特征方面分析袁 畸变几乎每天都有袁 一个月中仅几天无畸变袁 但当地降水并不是每天都有袁 因此降水和水温畸变无对应关系遥 从气压年动态方面分析袁 气压数据具有冬高夏低的变化特征袁 但汉 员 井水温畸变次数没有这种特征遥从气压微动态方面分析袁 短时间内气压的突变可能对水温观测有一定影响遥 图缘葬 原员 显示圆园员苑 年远月圆 日缘员缘 时汉员 井气压的变化情况袁 气压从员员时 源愿 分到 员圆 时 源怨 分出现明显的起伏变化袁 同时水位出现上升变化 渊图 缘葬 原
19、圆冤袁 水温也出现了一次畸变 渊图 缘葬 原 猿冤遥 这个畸变既像油气逸出引起的畸变袁 又像气压滞后效应引起的水位尧 水温变化遥 圆园员苑 年 员圆 月 圆 日 园员缘 时汉 员 井水温出现多次畸变 渊图 缘遭 原 猿冤袁 且水位和水温呈负相关变化渊图 缘遭 原圆冤袁 但同时段无气压突变情况 渊图 缘遭 原员冤遥 鉴于此袁 笔者推断汉 员 井水温畸变不是由气压变化所致遥除降水尧 气压对水温畸变有影响外袁 同井水位校测尧 仪器调试尧 电压不稳尧 同震响应等也可能导致水温畸变袁 廖丽霞 渊圆园员怨冤 对因上述干扰影响出现的水温异常形态及成因进行了系统研究袁 笔者参考其研究结果对这几个因素进行了逐一
20、排除袁 认为汉员 井水温畸变不是由以上干扰因素引起的遥远园缘第 源 期王熠煕等院 天津汉 员 井水温固体潮畸变增多异常机理研究 渊葬冤 圆园员苑 年 远 月 圆 日 缘员缘 时渊遭冤 圆园员苑 年 员圆 月 圆 日 园员缘 时 图 缘 汉 员 井气压尧 水位尧 水温曲线云蚤早郾 缘 粤蚤则 责则藻泽泽怎则藻袁 憎葬贼藻则 造藻增藻造 葬灶凿 憎葬贼藻则 贼藻皂责藻则葬贼怎则藻 糟怎则增藻泽 蚤灶 憎藻造造 匀葬灶 员猿郾 圆 油气井震前异常与汉 员 井水温畸变在油田地震观测中袁 震前曾有大量井孔出现产油量尧 产液量尧 产气量尧 油气比等异常袁 且异常一般都是以上升为主 渊于海力袁 员怨怨愿冤遥
21、 从油井的构造角度分析袁 因其位于坳陷中的凸起位置袁油或气比水轻袁 油气总是处于含油层的上部袁 且具有向上运移的特点袁 一旦受到外力作用该现象更明显遥 如果汉 员 井水温畸变是由逸出油气所致袁那么畸变数量多可认为是逸出的油气多袁 畸变数量少可认为是逸出的油气少遥 汉 员 井出现的水温畸变数量和油井产油量尧 产气量等在震前出现的异常相类似袁 因此可能与地震的孕育和发生有关系渊邵永新等袁 圆园圆园冤遥 自圆园员源 年员圆 月汉员 井开始正式观测以来袁 其水温共出现 远 组固体潮畸变连续增多异常袁 对应了周边 圆缘园 噪皂 范围内 酝蕴逸源郾 园 地震远 次袁 其 砸 值为 园郾 源愿袁 砸园值为
22、园郾 源源遥 因此袁 结合汉 员 井井孔条件和构造位置分析袁 认为汉 员 井水温固体潮畸变的连续增多异常与油气井震前异常的作用机理相似遥猿郾 猿 水化学分析汉 员 井井水上面漂浮一层厚约 猿 皂 的清质油袁 再次采集水样十分困难遥 因此笔者采用 员怨愿缘 年汉员 井的水质分析结果袁 以及同处滨海新区的塘 圆猿井和徐庄子井水样开展水化学对比分析遥 塘 圆猿 井井深 圆 苑圆猿 皂袁 徐庄子井井深 员园园 皂袁 为咸水层流体观测井遥 从图 远葬 可以看出袁 汉 员 井尧 徐庄子井水质类型均为 晕葬 原悦造 型袁 塘 圆猿 井水质类型为 晕葬 原悦造 原 匀悦韵猿型曰 汉 员 井和徐庄子井水质曲线形
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