赤城井水温趋势转折上升原因分析

张子广，盛艳蕊，马利军，王曰风，朱振兴，丁志华

（1.河北省地震局预测研究中心，石家庄 050022；2.河北省地震局张家口中心台，河北 张家口 075000）

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［1－9］。

赤城井水温数字化观测始测于2002年，观测仪器为SZW－1A 型数字式温度计。2010年底至2011年初该井水温由下降趋势转折上升，2012—2013年度震情会商提出作为趋势异常进行跟踪。通过观测环境调查与分析，认为赤城井水温趋势转折上升的原因主要是县城境内河道环境治理的影响，是地震前兆异常的可能性不大。

1 井孔基本参数

赤城地震台地处燕山北麓，山地丘陵区，内陆气候；台基岩性及地质年代为太古界红旗营组花岗片麻岩。构造部位位于北票－张家口与赤城－沙城断裂交汇处。地理坐标为115.8°E，40.9°N。赤城井处于潮白河水系白河流域，白河河道总流域面积4 048.3km2，赤城县境内长141.9km，流域面积4 040km2，河道比降为10‰～15‰。两岸地势较开阔，河道多年平均流量7.1 m3／s，枯水季节最小流量0.27m3／s［10］。赤城井完钻69.59 m，现井深69.45 m，成井日期为1977年8月，第四系厚度11.9m，套管深度54m，直径146mm，观测层深度54.00～69.45m，孔口标高886.8m。含水层岩性为花岗片麻岩，地下水类型裂隙承压水，水位埋深20～26m，水温11℃～12℃。受北部云州水库放水影响，往往出现水位加速上升，水温同步下降现象。

2 水温动态特征

赤城井2001年数字化改造后，流体测项包括水位和水温，辅助测项有同层水温和气压。水温有2套仪器并行观测，即水温（地热）、水温1（地热1）。“水温1”是九五数字化改造之前安装的仪器，“水温”则是2001年数字化改造时新增安装的观测仪器。水温和水温1分别置于井下58m 和53m 处。多年来，记录较为稳定且观测动态同步，逐年呈现温度缓慢下降的态势（图1）。

图1 赤城井水温、水位日均值曲线

数字化改造新增的“水温”，置于井下58m 处，2002—2004年观测不稳定，尤其是2004年5—7月，观测值连续上升，由5月1日的11.773 7 ℃上升至7月31日12.224 4℃，从8月初开始与水温1同步变化（图2）。上升原因没有查明。赤城井没有进行温度梯度测量。

图2 2002—2004年水温、水温1日均值曲线

3 水温趋势转折上升原因分析

近几年赤城井周围主要的环境改变是白河河道县城段治理，因此，从河道治理方面入手，调查了白河河道县城段治理和云州水库放水的基本情况，收集了井孔附近的地温观测资料。

3.1 白河河道县城段治理

白河河道县城段是白河综合治理第一期工程，即白河湾公园。于2009年8月开工，2010年10月9日完成蓄水，蓄水量40 万m3，枯水期蓄水量35万m3。白河湾公园蓄水湖面面积17万m2，水面高程876.3m。工程范围从上游小榆沟汇入口到庙区下游山嘴，治理河道长度2 400m，建设橡胶坝2座，船闸1座，硬化湖底20万m2，图3是白河湾公园位置图。

白河河道地层主要为冲洪积的砂砾卵石层，与汤泉河（白河支流）河道地层相同，渗漏量较大。为了保证蓄水减少渗漏，对河道蓄水位以下，采用复合土工膜覆盖上浇混凝土的方法进行了河道防渗处理。汤泉河河道防渗处理后，日均渗漏水位下降为0.013～0.020m／d，低于设计0.025m／d标准［11］。据了解白河河道治理后日均渗漏水位下降也能达到0.013～0.020m／d。

3.2 320cm 地温资料分析

收集了赤城县气象局近年来的气温和地温观测资料，即2008年以来320cm 的地温月均值资料（图4）。地温观测点位于赤城井南约3km 处（图3）。

图3 赤城井、320cm 地温测点、白河湾公园位置示意图

图4 赤城气象站320cm 地温、气温曲线

3.3 云州水库放水对水位、水温的影响

云州水库位于县城北偏西，赤城井距离云州水库约20km，水库与县城由白河连接。云州水库2004年以来每年放水，水库放水期间赤城井水位表现为快速上升变化，水温则同步下降。云州水库放水情况见表1和图5。

表1 云州水库历年给北京输水情况统计表

图5 云州水库历年输水量及输水时间

3.4 水温上升原因分析

赤城井水位2002—2010年基本呈现平稳变化，2010年底开始，水位年高值有一个下降趋势，2011年初年低值有下降趋势（图5）。井孔附近河道蓄水，理论上认为不管是渗入补给还是地面水体荷载，水位应呈上升变化，可实际水位趋势出现了下降。对该现象的合理解释是：河道防渗漏硬化，河水下渗量相对减少。

河道治理之前，云州水库放水往往引起水位快速上升，而后快速恢复下降。如2004—2007年的几次放水，赤城水位就是这种动态特征。河道改造之后，对应水库放水的水位变化，一般呈现上升现象，但上升速率和幅度没有之前的大；水位上升之后基本保持高水位值，即便下降也是较缓的动态特征（图5）。也就是说，河道治理之后水库放水时，赤城井水位上升应该是以水体荷载效应为主，渗入补给为次。水温变化特征也能佐证这一观点：2011年以来水库放水4次，2011年7月放水量600万m3，水位、水温没有显示；其它3次放水水位、水温都有所反应，但相对于以往的水位、水温变化幅度明显减弱。

2010年2—5月2次水位快速上升－下降是河道清淤所至，相当于疏通了雨雪等下渗的通道，引起水位上升、水温同步下降。

320cm 地温资料显示，年均值、年最高值、年最低值均表现出：2010年是一个转折点，即由下降转平或由下降转上升的转折点（图4），与赤城井水温变化特征一致，但气温并没有表现出这一特点。可以说赤城井水温（或320cm 地温）2010年、2011年期间的转折回升，由气温引起的可能性不大，应该是另一种影响因素，而且是同一种影响因素。

上述另一种因素是否是河道蓄水？从以下几方面分析认为，可能与之存在一定关系。（1）时间点耦合：赤城井水温转折时间与河道蓄水时间一致；（2）河道蓄水面积达17万m3，肯定对河床及周围区域的地下温度有影响。对于河床而言，蓄水后水面之下的河床相当于增加了一层保温层，尤其是冬季，之前河床裸露，地面热量散失较多；（3）推测认为随着河道蓄水面积和蓄水量逐渐持续、稳定，河床及其周围区域地下温度也会逐渐稳定。那么，对于赤城井水温而言，可能亦会逐渐恢复原来的下降趋势。2012年中至2013年赤城井水温趋势持平变化，可能就是恢复的迹象；（4）同层水温即辅助水温（与水位探头同一层位）也显示有上升趋势（图6）。

4 结论

综上所述，认为赤城井水温2010—2011年转折上升与白河湾公园蓄水有关系。

关注该井水温后续变化特点，如果水温持平或恢复下降趋势，应该是正常动态，否则需要进一步深入研究。

图6 赤城井同层水温曲线

赤城井成井时是为地应力观测准备的，所以成井时没有进行水温梯度测量；2001年首都圈工程期间增设流体观测，也没有进行梯度测量。温度梯度的缺测给实际观测资料分析带来较多困难，如该井2个温度探头不在同一层位，应该有温差，但温差多少不易给出，如果有水温梯度资料，解释这一现象就变得简单了。井孔基础资料对流体资料分析、异常核实是不可或缺的基础资料，河北省现有的流体井网中，有部分井孔缺失基础资料，这种缺失会对后期流体资料分析和异常核实工作带来困难。因此，补充和完善井孔基础资料，也是一项重要工作。

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［2］ 车用太，王吉易，李一兵，等.首都圈地下流体监测与地震预测［M］.北京：气象出版社，2004：36－73.

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