1. 引言
目前地下流体观测是我国地球物理站网的重要监测手段之一，地下流体活动揭示了地球物理和地球化学动态过程形成与演化[1]。长期观测资料表明，水温对地震活动响应非常灵敏，因此利用观测深井水温微动态变化来研究水温同震响应、固体潮、地震前兆异常等现象在地震监测预报领域发挥了重要作用[2] [3]。前人研究统计发现，汶川地震前2 d至一个月以上时间全国多地井水温曲线存在显著异常转折，异常幅度0.004℃~0.244℃不等，同时观测到明显震后及同震响应现象，井水温受井水位的响应干扰，震后曲线则变化缓慢，持续时间较长[4] [5]。为进一步提高仪器观测数据的稳定性，江西省巨灾防范工程项目改造完成后，会昌流体观测井同一井孔新增了两套水温仪进行平行对比观测。
2. 观测环境与仪器
会昌井位于会昌县城西的岚山公园山腰，会昌地震台院内(25.606˚N, 115.775˚E)，贡江北岸，山体海拔400.1 m，地貌类型属于侵蚀构造低山丘陵。会昌台院内面积约11,850 m2，井位场地地形相对平坦，地面标高210 m左右，台址周围山体基岩大面积出露[6]。根据区域地质构造和钻探资料，流体观测井周围揭露主要地层是白垩系上统灰黄色风化粉砂岩，风化裂隙发育，岩体破碎，为非含水层；以及燕山早期岩浆岩，灰白色中风化黑云钾长花岗岩，裂隙发育一般，赋存有一定量基岩裂隙水，二者呈断层接触，可见断层裂隙、断层泥和角砾岩发育。
构造上处于武夷山NNE向复式背斜西侧，武夷山构造带南段西侧，地质历史上构造活动频繁，其构造主要以单斜盆地及断裂为主，主要断裂石城—寻乌断裂带是华南地区邵武—河源大断裂带在赣南地区的重要一段、以及邵武—河源大断裂，呈NNE向，北起福建邵武，贯穿石城、瑞金、会昌、安远、寻乌等县，南至广东河源，在江西省境内是断裂带中段。观测区域具备发生中强地震的构造条件，历史最大地震是1806年1月11日会昌6.0级地震[7]。
赣州地震监测中心站会昌井成孔于2018年，施工单位是江西省勘察设计研究院。0~6.5 m，钻孔孔径220 mm；6.6~37.6 m，钻孔孔径171 mm；37.7~120.34 m，钻孔孔径150 mm；120.35~300.2 m，钻孔孔径130 mm。观测含水层位于125.2~300.2 m。
会昌井井深300 m，出水温度24.2℃，井类型为自流井，观测井水位类型是动水位，井口位置的测点高程205m。观测含水层的岩性主要为燕山早期黑云钾长花岗岩，地下水埋藏类型为无压基岩裂隙水；会昌井为构造带水，井水自喷；井房为砖混结构，主井在观测房外，副井和仪器共一室，设有工作台、仪器台。基岩为花岗岩，详见井孔柱状图(图1)。
江西省地震局赣州中心站会昌台流体观测井于2021年9月安装了2套DLZ-1型水温测量仪，仪器
Figure 1. Columnar diagram of Huichang well borehole
图1. 会昌井孔柱状图
由主机和高精度温度探头两部分组成，由300 m电缆线连接，水温仪探头安装深度分别是270 m、273 m，主要技术指标如下：分辨率：0.0001℃，测量精度：优于0.05℃，测量范围：0~100℃，稳定性：长期小于0.001℃ (一年)，短期小于0.0001℃ (一天)。主机技术指标如下：采样率：1次/1分钟，电源：交流220 (1% ± 10%) V，直流12 (1% ± 10%) V，交/直流自动切换，数据存储容量：大于6个月。支持标准以太网接口，10/100 m自适应，支持TCP/IP协议；具有RJ-45和RS-232通信接口，支持WEB、FTP方式管理与访问设备，支持远程更新程序功能。主机工作环境：温度为−20℃~+50℃，相对湿度小于85%。
江西省巨灾防范工程项目改造期间，2024年10月在会昌井同一井口不同层深安装了2套相同型号的试运行水温仪进行平行对比观测，水温仪(A、B)探头安装深度均为260 m，与中层水温(F)不在同一梯度范围，但位于同一观测含水层位，可进行对比观测仪器的运行情况，根据东南沿海地区及其周边标准地温梯度2.5℃~3.5℃/100 m估算，0.25℃~0.35℃的静态温差符合实际观测结果的合理范围。设备已成功安装并接入市县库，与省局数据库实现连通，数据顺利入库，各项参数配置正确，仪器运行正常。
3. 观测数据对比分析
3.1. 仪器长期稳定性
会昌井ZK1号孔井口改造后，于2021年9月安装运行了2套DLZ-1型水温仪。本文选取了2021年9月1日—2025年6月20日F测点两套水温仪观测数据月均值，长时间尺度下观测数据变化曲线如下图2所示，仪器数据起伏较大，稳定性不佳，年均变化量大于仪器长期稳定性指标0.0010℃。测值动态变化如下：浅层水温测值(F)由最开始25.9438℃上升到26.0338℃，近4年时间上升0.0900℃，上升速率日均约为6.4841 × 10−5℃，最高值26.4521℃；中层水温测值(F)由最开始25.9121℃下降到25.8998℃，近4年时间下降0.0123℃，上升速率日均约为−8.8616 × 10−6℃，最高值26.0751℃。浅层、中层水温曲线长周期变化形态基本一致，数据在2023年8月10日前一直处于上升状态，而后阶梯下降，目前二者均稳定在约26.0365℃ (图2)。
3.2. 仪器测值对比分析
会昌井同井口于2024年10月11日江西省巨灾防范工程项目改造期间安装、试运行了2套DLZ-1
Figure 2. Dynamic variation curve of monthly average water temperature F of Huichang well ((a) Upper layer water temperature; (b) Middle layer water temperature)
图2. 会昌井水温F月均值动态变化曲线((a) 浅层水温；(b) 中层水温)
型水温仪。水温仪安装后，数据趋于平稳，去除个别仪器自身原因造成的单点突跳后，选取了2024年10月12日~2025年6月20日观测数据，变化曲线形态如图3所示。水温仪(A)由最开始25.6140℃上升到25.6207℃，上升了约0.0067℃，上升速率日均约为2.7572 × 10−5℃；水温仪(B)由最开始25.6140℃上升到25.6214℃，上升了约0.0074℃，上升速率日均约为3.0452 × 10−5℃。
试运行水温仪测值(A、B)与会昌井中层水温测值(F)同时间段对比显示，前者数据变化较小，去除单点突跳错误数据后，变化幅度最大为0.0122℃，曲线形态较为一致，但仍存在细微差别，水温仪(B)异常点更多(图4)。主要原因可能是同层观测造成的互相干扰现象，水温传感器在工作时，周围温度和电磁场会发生细微变化，从而引起观测值的变化[8]。水温测值自安装、试运行以来，水温测值整体呈下降趋势，后缓慢上升。
后者数据变化较大，稳定性不佳，变化幅度浅层水温最大为0.0176℃，中层水温为0.0133℃，水温测值长时间尺度下呈下降趋势，主要原因可能是仪器主机内部元件老化，系仪器自身原因导致数据不稳定。
通过计算得出仪器连续率和完整率分别为99.8953%和99.3403% (如表1)，水温仪(F)连续率略高于对比观测的水温仪(A、B)，完整率则略低于对比观测的2套水温仪(A、B)。根据水温仪数据质量评价指标，正式在网运行的2套水温仪(F)数据均方差较小，但是超差3倍数据个数较多(如表2)，数据受到干扰产生较多突跳，主要故障有仪器主机故障、避雷系统故障、巨灾项目其他设备升级安装造成的人为干扰因素等。
3.3. 受到干扰水温仪的变化形态
3.3.1. 水温仪主机故障
如图2、图3所示，水温仪(F)自安装运行以来，曲线形态多次出现突跳、阶变等较大起伏变化。2025年1月12日~1月20日，水温仪(F)曲线形态发生明显畸变，1月12日16:26~19:08浅层水温下降约0.0070℃，1月20日20:47~23:59浅层水温开始回升，上升幅度约0.0073℃。同时1月12日16:28~20:12中层水温下降约0.0050℃，1月20日20:53~23:59中层水温开始回升，幅度约0.0048℃ (图5)。经中心站
Figure 3. Dynamic variation curve of daily average water temperature F of Huichang well ((a) Upper layer water temperature; (b) Middle layer water temperature)
图3. 会昌井水温F日均值动态变化曲线((a) 浅层水温；(b) 中层水温)
Figure 4. Dynamic variation curve of daily average water temperature A/B of Huichang well
图4. 会昌井水温A、B日均值动态变化曲线
Table 1. Statistical table of instrument operation
表1. 仪器运行情况统计表
序号 |
仪器名称 |
测点 |
仪器型号 |
测项代码 |
数据时段 |
连续率(%) |
完整率(%) |
1 |
水温仪(试运行) |
A |
DLZ-1 |
4312 |
2024/10/12-2025/6/20 |
99.7944 |
99.7729 |
2 |
水温仪(试运行) |
B |
DLZ-1 |
4312 |
2024/10/12-2025/6/20 |
99.7892 |
99.7586 |
3 |
水温仪 |
F |
DLZ-1 |
4312 |
2024/10/12-2025/6/20 |
99.8953 |
99.3403 |
4 |
水温仪 |
F |
DLZ-1 |
4311 |
2024/10/12-2025/6/20 |
99.8953 |
99.3403 |
Table 2. Comparison of data quality evaluation indexes of water thermometers
表2. 水温仪数据质量评价指标对比
台站代码 |
测点 |
测项分量 |
仪器型号名称 |
均值 |
均方差 |
超差(3倍)数据个数 |
36002 |
A |
4312 |
DLZ-1便携式流体综合观测仪(试运行) |
25.6183 |
0.0023 |
11 |
36002 |
B |
4312 |
DLZ-1便携式流体综合观测仪(试运行) |
25.6174 |
0.0023 |
39 |
36002 |
F |
4311 |
DLZ-1便携式流体综合观测仪 |
26.0309 |
0.0003 |
113 |
36002 |
F |
4312 |
DLZ-1便携式流体综合观测仪 |
25.9014 |
0.0003 |
97 |
工作人员排查，因主机故障导致数据错误，更换仪器主机后数据观测恢复正常，但后续仍存在数据稳定性较差的问题。仪器主机故障的原因之一是主机元部件老化，导致数据产生错误，曲线形态往往表现为无规则畸变。因流体观测房紧靠流体井出水口，长期处于较潮湿的环境下，主机受潮也可能引起观测数据出现频繁突跳[9]。为此采用机房温、湿度监控报警系统，炎热潮湿天气环境下开启机房空调可以有效防止主机受潮的问题，也可采用吹风机对主机内部进行加热，使之干燥。
3.3.2. 水温仪雷击故障
2024年3月25日~3月26日，会昌井水温仪(F)因受到雷电干扰，曲线形态发生“L”型阶变，变化幅度浅层水温约为0.1630℃，中层水温约0.0871℃ (图6)。经中心站工作人员排查发现，水温数据异常与雷暴天气在时间上高度吻合，排除故障后水温观测恢复正常。水温仪主机中含放大电路的元器件，
Figure 5. Hour variation curve of main unit fault of water thermometer F ((a) Upper layer water temperature; (b) Middle layer water temperature)
图5. 水温仪F主机故障整点值变化曲线((a) 浅层水温；(b) 中层水温)
Figure 6. Minute variation curve of thunder strike fault of water thermometer F ((a) Upper layer water temperature; (b) Middle layer water temperature)
图6. 水温仪F雷击故障分钟值变化曲线((a) 浅层水温；(b) 中层水温)
而地球物理观测是通过传感器转化为微弱电信号进行数据传输，当雷电引入到仪器主机电路中，经由放大电路，会造成主机数据错误甚至损毁，通过加装避雷器，加固防雷地网可有效避免雷击干扰引起的故障[9]。
3.3.3. 水温仪供电故障
2024年12月数据波动较大，数据突跳较多，水温仪(A)在12月2日、水温仪(B)在12月4日分别产生阶梯下降现象(图7)，疑因巨灾项目智能化设备升级安装造成干扰，因智能电源供电断电，交直流切换造成供电电压不稳，水温仪受到交流电脉冲干扰，可能会导致水温数据畸变的现象。
Figure 7. Minute variation curve of power supply failure of water thermometer A/B
图7. 水温仪A、B供电故障分钟值变化曲线
4. 结论
(1) 赣州中心站会昌井2021年开始安装运行的2套DLZ-1型水温仪(测点F)，到目前为止，长时间尺度下仪器长期稳定性不佳，观测数据质量较差，年均变化量大于仪器长期稳定性指标，浅层、中层水温曲线长周期变化形态基本一致，但曲线变化形态起伏较大，仪器易受到自然或人为干扰导致数据产生突跳、畸变等错误。
(2) 会昌井2024年巨灾防范工程项目期间开始安装、试运行的2套DLZ-1型水温仪(测点A和B)对比观测显示数据整体变化幅度较小，长期稳定性更佳，数据超差3倍，数据个数较少，曲线形态没有出现大幅升降。两套仪器虽然位于同一深度，曲线形态整体较为一致，但二者仍存在细微差别，是否存在同层互相干扰现象或观测含水层对流扰动等原因，有待进一步探讨。
(3) 水温仪(F)自安装运行以来，曲线形态多次出现主机故障、避雷系统故障、巨灾项目其他设备升级安装等人为干扰因素造成的故障，受到雷击影响尤其明显，雷电会影响仪器主机电路中微弱电信号的传输，造成主机数据错误甚至损毁。水温仪(A、B)也受到了雷击干扰、供电电压不稳等造成的干扰，内在原因有待进一步研究。通过加装防雷器，加固接地线可有效避免雷击干扰引起的故障，同时厂家生产新仪器应当考虑减小雷电、供电系统对仪器稳定性的影响，从而更好地为地震观测提供可靠、有效的前兆信息。
(4) 根据仪器观测的初步结果，目前水温仪(A、B)数据资料数据连续率、完整率达标，日变化清晰，内在质量达到了正式运行要求，基于数据优势，笔者建议新仪器取代旧仪器作为主要观测手段。但是由于仍存在数据突跳、二者曲线形态微小差异等问题，建议继续并行观测一段时间。