1. 引言
地热前兆观测作为地震预报与科学研究的新方法之一，主要是进行精密的井水或泉水温度测量 [1] 。高精度水温仪对观测要求比较高，易受外部环境干扰而影响动态特征及变化规律，影响地震前兆异常信息，比较常见的影响因素有大气降水与地表水补给、观测环境以及观测仪器的运行情况等。陶志刚等对地下流体井水温数据质量评价指标进行了探讨，指出了我国井水温监测现状以及现行的数据质量评价指标存在的主要问题，提出了干扰时强、动态特征、水温传感器置深合理性和信息反映能力4个新的井水温数据质量评价指标 [2] 。
会昌地震监测站观测井(以下简称会昌井)水温于2021年投入观测，测点降水资源丰富，开始运行期间仪器故障率较高，对台站分析员进行日常跟踪分析造成较大的工作量，对水温观测数据内在质量产生较大影响，严重影响水温对地震的预报效能。因此对水温数据进行系统分析、进一步剖析井水温各种干扰因素、提出适合该井水温观测的建议，是一项具有重要意义的研究。
2. 观测井基本情况
会昌井坐落于江西省赣州市会昌县岚山公园内，距主城区5 km，井口高程205 m，井深300.2 m，属于国家背景场地下的流体基本观测井。2018年8月正式成井，建设单位为江西省建设勘察设计研究院，终孔直径130毫米，套管采用DZ50型无缝地质钢管，深度为120米；钻孔为承压自流井，水温22℃~26℃，主含水层为145~159米，自流量约3.97 m³/d，承压效果较好，适合开展地下水物理和地球化学观测。
2.1. 气象条件
会昌井属于亚热带季风型温暖湿润气候区，具有山区立体性气候明显的特征。年平均气温19.3℃，一月平均气温8.3℃，七月平均气温28.7℃，平均年降雨量1624毫米。
2.2. 地质构造
在区域构造上处于武夷山北东向复式背斜西侧及武夷山构造带南段西侧，地质历史上构造活动频繁，其构造行迹主要以单斜盆地以及断裂为主。
2.3. 土层岩性
会昌井主要揭露地层为白垩系上统赣州组第三段红层、燕山早起岩浆岩，自上而下分属如下：
白垩系上统赣州组第三段红层，强风化粉砂岩：灰黄色，结构大部分破坏，风化裂隙很发育，岩体破碎，岩芯呈碎屑状、砂土状为主。揭露厚度为4.10 m，富水性相对贫乏。上部残坡积层厚约1~2 m，为含碎石粘性土。
燕山早期岩浆岩中风化粗粒多斑黑云钾长花岗岩：灰白色为主，粗粒花岗结构，块状构造。裂隙一般发育，岩芯总体完整，多呈短柱状、柱状为主。揭露厚度255.25米，未揭穿该层，在裂隙发育部位赋存一定的基岩裂隙水。
3. 井水温观测资料、主要干扰因素及机理分析
会昌井采用国家自然灾害防治研究院生产的DLZ-1型水温仪进行观测，采用两个测项进行观测。水温传感器分辨率优于0.0001℃，测量精度优于0.05℃，测量范围为0~100℃，数据采样率为1次/min，在地震行业应用广泛。
3.1. 水温年动态特征及主要干扰
水温年动态主要以日均值为基础，反映井水温随季节变化的特征 [3] 。由会昌井2021年10月~2023年12月水温动态变化曲线可看出：自会昌井水温2021年9月份正式入库观测以来因仪器故障、自然环境干扰、人为干扰等因素影响，导致会昌井水温观测曲线动态稳定性较差，出现多处台阶。主要有2022年3月30日雷击造成主机故障、2023年2月17日~2月24日为排查水温数据质量差的原因调整传感器深度造成较大台阶、2023年5月至8月因雷击导致主机故障频繁，如图1。
Figure 1. Dynamic changes of water temperature in Huichang Well from October 2021 to December 2023
图1. 会昌井2021年10月~2023年12月水温动态变化
Figure 2. Water temperature instrument failure in Huichang well
图2. 会昌井水温仪器故障
Figure 3. Dynamic changes of water temperature in Huichang Well from May 2022 to February 2023
图3. 会昌井2022年5月~2023年2月水温动态变化
水温数据异常主要有3个原因：① 测系统受到外界干扰，如仪器本身故障、台站供电故障、仪器防雷接地、仪器相互之间的干扰等；② 测条件受到干扰，如某些观测井的水位变化会直接影响到水温数据；③ 部因素，主要分为附加地热场因素和其他地球物理因素，其中附加地热场也就是地热前兆异常 [4] 。
从会昌井水温年动态曲线可以看出，会昌井受自然环境影响较大。自然环境影响对会昌井井水温度的影响主要体现在雷电天气上。因水温传感器下放深度较深，气温、降雨、地下水开采、河流补给等因素对井水温的影响不明显。2021年9月~2023年12月井水温正式入库观测以来，累计7次因雷电影响，造成仪器故障或形成台阶，造成数据缺数，严重影响观测资料连续率和完整率。其中2023年3月30日因雷电影响导致传感器故障，因无备用传感器导致断计时间长达18天，如图2。
图3选取了会昌井水温自正式入库观测以来较稳定的时段2022年5月至2023年6月数据进行分析。从图中可知浅层水温2022年5月至8月呈上升趋势，9月开始呈下降趋势；中层水温呈持续下降的趋势。
3.2. 水温月动态
Figure 4. Monthly dynamic change of water temperature in Huichang well
图4. 会昌井水温月动态变化
水温月动态特征以小时值为基础，用仪器运行状态良好，干扰较少的月时间尺度反映井水温的变化特征。从图4可以看出，浅层水温和中层水温为波动起伏型，其中浅层水温月变幅度为0.001℃~0.003℃；中层水温月变幅度为0.001℃~0.005℃；浅层水温和中层水温月变化幅度都较小。
3.3. 水温日动态
水温日动态以小时值为基础，从多日时间尺度分析井水温的变化特征。从图5可以分析出浅层水温固体潮明显，日动态具有显著的波峰波谷起伏的潮汐效应，日变化幅度为0.0001℃~0.0007℃，变化幅度较小；而深层水温每日数据曲线较粗，数据变化呈突跳状，日变化幅度为0.001℃~0.003℃，较浅层水温变化幅度较大，无明显的潮汐效应，因此每月数据内在质量评价为中。
Figure 5. Daily dynamic change of water temperature in Huichang well
图5. 会昌井水温日动态变化
通过分析水温日数据变化曲线，我们发现此套水温仪传感器的一个特性：传感器长时间断电停止工作后，重新通电后，需经过较长时间预热才能恢复稳定，如：2021年12月13日记录到水温数据出现缺数和台阶，缺数时间约6小时，台阶变化幅度为0.17℃，由于机房进行标准化线路整改断电重新调整传感器线路，传感器重新通电后，需经过一段时间预热，水温于14日01时左右逐渐恢复正常，形成仪器通电后数据曲线呈现先快后慢的爬升形态，如图6。
会昌井水温仪器自2021年9月3日正式入库投入观测以来，经常出现单点突跳，针对这一情况，改变水温仪供电方式，2023年1月18日12时00分水温仪由交流供电方式切换为12 V智能电源供电方式，切换是因电压出现较大的波动，形成如图7的单点突跳，由此判断，此类突跳是因仪器供电电压不稳造成的干扰。
Figure 6. Human interference in Huichang well
图6. 会昌井人为干扰
Figure 7. Huichang well power supply interference
图7. 会昌井供电干扰
4. 井水温温度梯度分析
4.1. 水温梯度测试
井孔水温度主要是地壳由内向地表释放热量的结果 [5] ，水温传感器在观测井中的深度对水温动态特征的影响比较明显，水温梯度的变化可以直观的呈现出井水的上下交替，甚至含水层横向水流的基本特征。因此，对观测井水温进行梯度测试可以很好地了解井孔所处区域补给水源温度特性和含水层联通情况，是分析水温观测资料必不可少的参考依据 [6] 。
会昌井水温梯度测试于2021年1月12日11时34分开始，根据地震写下流体监测规范，从水面已下10米开始测量至井底，10~160米测量间距为10米，160米之后测量间距为5米，每个深度固定测试时间为30分钟左右，使用的仪器为DLZ-1型数字水温仪，水温传感器分辨率为0.0001℃。
Figure 8. Huichang well water temperature gradient
图8. 会昌井水温梯度
4.2. 水温梯度结果分析
水温梯度测量结果如图8，会昌井水温梯度测量由水面到井孔底部，测量过程中，当探头下放至281.4米时有明显的阻滞感，虽然可以继续下降，但下降阻力逐渐增加。经过反复确定，水温探头在281.4米时到达井孔底部。本次测试井孔水温变化幅度为3.6313℃，水温梯度在90~100米处有一个明显的急剧上升，在270米后逐渐平稳。
5. 讨论与结论
地下流体学科观测数据质量评价方案参照的是2015年修订的《地下流体学科观测资料质量评比办法》，该办法认为评价的指标主要有数据的完整率、动态稳定性、数据的内在质量和日常工作检查。陶志刚等结合监测预报人员的需求，在现行评比办法的基础上提出了新的水温评价指标：干扰时强、观测曲线动态特征、信息反映能力、传感器置深合理性 [2] 。
通过对井水温动态特征和水温梯度进行分析，发现：
1) 会昌井水温观测受干扰比较显著，严重影响了观测曲线的正常动态变化特征，其中主要影响因素有：① 观测系统受到外界干扰，仪器本身故障、台站供电故障、仪器接地问题、仪器相互之间的干扰等；② 观测条件受到干扰，观测站点施工、仪器检修、其他测项仪器故障维修等；③ 水温受自然干扰因素影响较大，尤其是强雷电影响，通过对近几年观测资料干扰因素分析发现，雷电影响占据比较大的比例。
2) 传感器放置位置是影响单口观测井水温动态差异的重要因素之一 [7] 。会昌井中层水温观测资料数据质量较差，无明显的固体潮效应，日变幅较大，有明显的突升突降变化，因此中层水温传感器置深还需进一步探讨和研究。
文中总结了会昌井基本情况，分析了水温数据动态特征，并结合温度梯度、传感器位置等资料，对其干扰因素和机理进行了深入研究，得出以下结论：
1) 完善观测台站防雷设施，进一步提升观测仪器防雷能力，定期进行防雷接地电阻测试，以降低观测仪器受雷电干扰的能力，保证仪器产出连续稳定的观测数据，提高观测数据的连续性。
2) 开展不同型号水温仪同井对比观测。在井中再架设一台型号为SZW型水温仪进行对比观测，传感器投放位置与原观测深度一致，对比观测时间半年以上，最后分析两台仪器产出的数据。
3) 按照中华人民共和国地震行业标准DBT49-2012中有关水温传感器放置深度的规定，应放置在水温梯度变化大、水温背景噪声低与水温潮汐明显的区段 [8] 。因此，建议会昌井重新进行更精确的井水温梯度测量，并结合含水层位置进行分析，重新调整中层水温传感器投放深度。
基金项目
江西省地震局“2111”孵化基金项目。