第六章--地热动态观测.ppt
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第六章--地热动态观测.ppt
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汶川地震中国大陆深井水温同震响应及后效分布图,地壳应力研究所刘耀炜、杨选辉、赵刚等,地壳应力研究所刘耀炜、杨选辉,台网中心黄辅琼,台湾成功大学赖文基等,汶川地震中国观测井水位同震响应分布图,2008年5月12日汶川8.0:
水位变化幅度:
约0.188m水温变化幅度:
约0.0059,2001年12月14日苏门答腊8.7:
水位变化幅度:
约0.394m水温变化幅度:
约0.0178,第六章地热动态观测,概述地热观测的技术思路地热观测的技术及技术要求观测仪器的主要类型及工作原理安装要求及注意事项日常运行维护,一、地热观测概述,地热前兆方法研究地壳表层热状态及其随时间变化与地震活动关系的一种地震预报方法。
观测对象:
大气、地下流体及其周围介质。
观测方法:
深井水温微动态变化;卫星热红外地表温度测量。
二、地热动态观测技术思路,在全球范围内,地球的温度分布构成一个温度场,其等温面以球面表示,地球表面是最低的等温面。
地热前兆研究思路框图,局部热对流也有可能是地震事件孕育和发生的动力来源。
20世纪80年代中期以来,通过测量地壳表层(0.8、1.6、3.2米至20米以内)地温和钻孔内温度的时空变化来研究地震前兆、成因。
(1)象限分布的可能性,
(2)异常由远至近,(3)异常范围与震级有关,汶川地震中国大陆深井水温同震响应及后效分布图,(4)超距异常反映强震影响场很大,泸沽湖水温,(5)短临异常明显,三、地热前兆观测方法回顾,从80年代中期开展地热前兆观测,目前地热观测网已覆盖全国。
有140多个地热观测台站(2/3为静水位观测井,1/3为自流井)。
观测深度一般在100200m之间。
在20多年的地震预报实践中取得了大量的前兆震例和良好的预报效果.,
(1)20世纪60年代热敏电阻,精度0.1。
地下20米观测不到温度变化(恒温层)。
(3)20世纪70年代美国HP公司石英温度传感器,分辨率0.0001。
1978年研制第1只石英温度传感器。
1979-1980年研制第1台石英温度计样机。
1981年在北京温泉地震台的一口70m深的井中开始石英温度传感器的实验观测。
(3)20世纪80年代,1982年为中国科学院地球物理所地热组研制2台数字式石英温度计用于测量大地热流温度梯度。
1983年8月国家地震局组织专家鉴1984年-1989年,滇西实验场扩大实验在1988年谰沧-耿马7.6级大地震前观测到震前异常,地热前兆新方法研究取得了重大进展,(4)1989年云南省地热前兆台网及地热前兆方法技术研究通过鉴定。
首次发现,地温极为稳定0.0001/d地热微动态变化类型:
平稳型;短周期型;跳跃型;长周期型(不明原因);趋势型井孔动态特征类型受影响因素控制:
含水层,岩石透水性位置,固体潮,温度日变,人工开采等。
首次发现,温度有升有降水的影响、趋势降温震前有异常,震时有同震,震后有调整水温异常以短临异常为主井水温度有固体潮效应某些井水温与水位变化相关,南溪水温,北京太平庄井水温固体潮效应,(5)“八五”科技攻关的进展,目前,全国地热前兆台网已有200多个台站使用SZW系列数字式温度计300余台,地热前兆台网在地震预报中的作用越来越重要。
四、地热观测技术及要求,
(一)观测方式测量钻孔中的温度测量钻孔中的温度梯度测量地表浅层温度和温泉温度卫星遥感目前,地热前兆观测主要是测量深井、浅井与温泉水的变化。
地下流体地热观测技术应用了各种类型的温度计,主要测量地面数十米以下的温度,通过温度不同的传感器来实现温度测量。
测温传感器的性能是地热观测技术的核心,用于地热前兆观测系统的测温传感器主要有四种:
热敏电阻传感器;半导体传感器;铂电阻温度传感器;石英传感器。
卫星遥感技术测量地面温度:
分辨率为0.5-1,分析研究人员需要具备一定基础的气象、地质及地球物理知识,才能在诸多的增温因素中识别出因震前气体大面积逸出而导致的升温现象。
(二)观测仪器技术要求,深井的温度变化是非常微小的,一般来说,深井温度的波动,大都不大于0.001,年变化幅度约0.01-0.02。
仪器具备:
高灵敏度、高温定性、高分辨率观测仪器温度分辨率:
0.0001,短期稳定性:
0.001,年稳定性:
0.01。
宏观变化显著的温泉与自流井,可以选用灵敏度较低的温度计。
(三)地热观测井、泉具体要求,好的地热观测仪器是地热前兆观测的必要条件,好的观测条件是地热前兆观测的充分条件。
1.地热观测用静水井井深:
基岩埋深很浅时,井孔深度要超过100米。
当覆盖层较厚时,井孔应钻到覆盖层以下基岩层。
井孔结构:
观测部位最好在目标层以下至少30米,不要在两个有水交换的含水层之间。
观测部位岩性:
岩心要求完整、致密、透水性差。
建议安装前要掌握井孔的全部技术资料,包括井孔柱状图及打井时的各种测试数据。
目标:
观测部位温度波动最小(日温度波动0.001,甚至只有0.0001-0.0002),能得到信躁比高的地热前兆信息,个别井能观测到固体潮汐效应的温度变化。
如果日波动幅度大,说明观测受地下水活动影响大,不易观测到地热前兆信息。
2.地热观测用自流井流量小于1升/min的井孔,按静水井要求选取观测部位。
流量大于1升/min的井孔,出水层位较浅时,在出水层以下按静水井要求选择观测部位。
流量大于1升/min的井孔,自流井孔出水层位很深时,观测部位可选在100m深的地方。
可避免气温变化、地表水对观测部位温度的影响,可观测到震前温度变化以及固体潮汐效应的温度变化。
3.地热观测用上升泉上升泉,埋藏较深、流量较大又较稳定的温泉。
探头直接放在泉水中观测会有较大的温度日波动,这种方法不适合地热前兆的观测。
最好能在泉眼旁边打一温泉观测孔,孔深10-30m,使该观测孔与泉的上升通道相通最好,套管高于温泉水面(温泉水不从该套管流出),这样可得到较稳定的观测资料;并可能观测到震前温度变化。
五、观测仪器的主要类型及工作原理,
(一)中、低档灵敏度水温观测仪器河北沧州电子研究所研制CZ-2001型测温仪,由中精度3测温探头和CZ-1002型数字自动记录仪配套组成的,观测精度为0.03。
上海医用仪表厂研制WMY-01型数字温度计,观测精度为0.1-0.01。
SZW-1A型高精度石英温度计,
(二)高精度地热观测仪器数字式温度计是地热观测的主要仪器。
由温度传感器、数字式温度计、数字打印机等构成。
SZW-1型数字式温度计SZW-1型数字式温度计于1983年研制。
仪器由石英钟、主计数器、液晶显示器、控制电路、二极管预置矩阵、十点频振荡器及放大器组成。
核心部分是一个全自动工作的数字式线性化处理器,由石英钟单元提供标准的时标信号,由控制电路完成在0-100范围内自动选择闸门时间、自动预加常数,最终显示被测温度值。
十点振荡器用于仪器的自校目的。
主要技术性能指标:
测温范围0-99.9999仪器稳定性0.0001/a测量精度(绝对误差)0.05数字显示(石英钟精度)0.1s/d采样间隔:
1次/h1次/10min1次/min连续,SZW-2数字式温度计是在SZW-1型的基础上改进的。
适用于温度变化范围相对小的井孔。
SZW-1A型数字式温度计的探头仍用石英测温探头,但主机电路采用了CMOS系列Z80微处理器为基础的智能化设计,仪器在性能和功能方面有较大的改进和提高。
六、安装要求及注意事项,1.安装断电状态下操作2.探头下井对井内情况不明时,先用绳子栓一重物试探后再下探头;打开仪器下探头,观察测值变化过程有无异常。
动作要缓慢,严防将探头卡在井中间;严防井口套管划破电缆;探头下到预定部位后,要在井口处固定电缆,封好井盖。
3.探头下井深度的确定通过测量温度梯度来确定下井的深度;一般情况下,每隔10m一个点,测量温度梯度。
理想情况下,一口井最好有10个测点,温度梯度的测量比较准确。
注意:
井的深度不同,深度间隔可以不同。
温度梯度的原始测量结果、曲线和井孔柱状图存档。
七、日常运行维护,1.主机的维护当测量数据有大于5倍日均方差变化时,必须增加打印或记录自校数的次数,以判断数据的变化是否与仪器的工作状态有关。
在雷雨季节或有强烈雷电时,要切断电源,改用直流电供电。
2.打印机的维护禁止将已用过的打印纸重新卷入打印机再次使用。
3.测温探头和电缆的维护探头下井固定后,不得随意改变原有深度和位置4.电源的维护定期检查仪器工作电源蓄电瓶要及时充电禁止在整点前后30秒内检查电源。
注意事项:
目前,井孔、环境不符合要求,不具备地热观测的条件,层位不标准。
定时抽水井,不宜上地热。
管理维护,交直流电源维护是关键。
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