0 引言

地下水的动态变化能较好地反映地壳介质变化和构造活动信息，长期以来，地下流体观测一直是地震前兆监测的重要组成（王广才等，2010；刘春国等，2022）。诸多研究表明，在地震发生前，地下流体会出现各种异常变化（Yan et al，2022；Zhou et al，2022）。据不完全统计，在中国历史地震资料中，与地下流体有关的前兆异常达50%以上（车用太等，1993），其中水温和水位类异常占比最高，且具有明显的短临特征（孙小龙等，2016）。在地下流体有关异常中，水温、水位观测数据的畸变、突变或转折变化常具有重要意义（张清秀等，2016；缪阿丽等，2021；马玉川等，2021；钟骏等，2021），有学者试图通过研究验证井水位潮汐因子及相位滞后在地震前均出现了变化现象，特别是下降型变化（唐九安等，1996；李正媛等，2003；陈志遥等，2009）。因此，流体观测井水位、水温数据的观测质量，包含以下内容：①对应现今质量评价指标体系下的核心指标（陶志刚等，2022）；②蕴含地震预报意义的重要信息，特别是在短临预报工作中起决定性作用的信息（刘澜波等，1985；史浙明等，2013）。本文选取扬州、淮安地区（淮扬地区）多个流体观测井水位、水温观测数据，讨论流体观测井的结构工艺和水文地质条件的差异性，研究观测数据质量的差异表现，并分析其影响因素。

1 流体观测井概况

淮扬地区此处江苏省中部，地理上位于长江北岸、江淮平原南端，大地构造上位于扬子板块下扬子地块南部。研究区主要分布NS—NW走向的无锡—宿迁断裂和一系列NE向断裂，如洪泽—沟墩断裂、蒋家庄—浦庄沟断裂、陈家堡—小海断裂等（图 1）。

选取淮扬地区观测时间长且稳定的5个流体井：扬州市的平山井、小纪井、高邮井、文游井和淮安市的苏06井，观测层位涵盖古近系、侏罗系及早古生代地层，且均位于无锡—宿迁断裂东西两侧（图 1），具有较好的横向对比性。各井基本参数见表 1。选取此5口流体观测井，分析水位、水温观测数据质量影响因素。

在所选观测井中，苏06井观测层位最深，观测含水层位于埋深2 000 m以下的早古生代地层，震旦系—中奥陶统海相碳酸盐岩组合，各地层之间均为整合接触，构造活动微弱，代表稳定的台地斜坡相沉积环境。平山井观测层位次深，观测含水层位于埋深400 m左右的侏罗系地层，上三叠统—中下侏罗统河湖相碎屑岩组合。其余观测井观测层均位于新近系。新近系地层在江苏地区分布广泛且层厚较厚，是新近纪构造运动的产物，该运动继承了古近纪构造运动的格局，使一系列隆起区和坳陷区继续抬升或沉降，最后形成较厚的湖盆沉积。（董树文等，1994；朱光等，1998）。

基于图 1所示7口观测井（5口流体井和作为参考的洪泽双7钻孔、宝应黄7钻孔）的连井剖面，结合表 1，绘制各井地层对比图，见图 2，可见：除苏06井外，其余4口井的观测层位深度均在300—500 m，其中平山井所处区域的侏罗系地层在构造运动下抬升，其上覆新生界地层剥蚀较严重，导致其观测层位在320—450 m；高邮井、小纪井和文游井观测层位均是新近系地层下部的几套厚层河流—三角洲相砂岩（张喜林等，2004）。

目前，根据地下流体观测数据质量评比方案，水温、水位观测数据指标（周克昌等，2011；陶志刚等，2022）主要有数据完整性、稳定性和数据内在质量。考虑到数据资料质量评估和前兆异常检测具有双重意义，本研究将就以下指标展开分析：经一阶差分去趋势处理的水温观测数据标准差；水位观测M₂波的观测精度、潮汐因子、中误差、潮汐相位滞后和潮汐残差相位差。

2 观测质量影响因素

以各流体井运行以来的观测数据为基础，对可查明的数据变化进行适当预处理，以月为单位计算以上6项指标，其中潮汐因子计算采用Venedikov调和分析法，具体结果见表 2。

2.1 水位潮汐因子、中误差和观测精度

在流体观测中，潮汐因子指的是受含水层中周期性潮汐应变影响而产生的水位波动振幅与理论固体潮振幅的比值，反映了承压含水层对地壳应力响应的灵敏性，水位数据的观测精度为中误差与潮汐因子之比，精度越小，反映数字化水位观测越稳定（苏小芸等，2017）。

5口流体井中，各指标基本不随时间变化，在较长时间内保持稳定，其主要影响因素是观测层，包括其岩性和厚度，以及流体井的结构。其中：高邮井和文游井相距约6 km，观测层为同一地层的同一套砂岩（表 1），厚度相近，由表 2可知，二者水位测项中M₂波潮汐因子、中误差和观测精度等指标基本一致；小纪井观测层为同一地层另一套松散砂岩（表 1），比高邮井的半胶结砂岩孔隙度更高，但层厚仅28 m，观测精度较大，水位测项M₂波潮汐因子较小；平山井和苏06井观测层分别为裂隙发育的侏罗系粉砂岩和裂隙发育的早古生代灰岩（表 1），与观测层在新近系的3口井相比，水位测项M₂波观测精度明显较小，仅约0.01，同时潮汐因子明显较大，达1.0以上。综上所述，在所研究的5口流体井中，观测层位岩体的裂隙度和厚度是影响水位潮汐因子等指标的重要因素，岩体孔隙度和井结构对潮汐因子等指标的影响有限。

2.2 水位相位滞后和残差相位差

在固体潮引力作用时，受井孔储存效应的影响，含水层所受应力变化与井水位变化之间存在响应时间差，此时井孔中水位波动的相位变化会滞后于固体潮体应变变化，因此水位相位滞后一定程度上反映了含水层水力条件，包括渗透性（Venedikov et al，2003）等。潮汐残差是各潮汐观测值中去掉正常潮汐变化后的残余部分，主要反映了地壳介质、环境干扰以及地震孕育等信息影响下的水位变化，潮汐残差相位差的变化与前兆理论扩容模型下的形变、应变变化过程相似（史浙明等，2013）。由表 2可知：在5口井中，苏06井水位测项M₂波相位滞后和残差相位差最小，与固体潮影响水位变化的理论情况（张昭栋等，1991）一致，即裂隙度在一定程度上增加了渗透率，而渗透率大的岩层具有较小的相位滞后和残差相位差；同时，高邮井、文游井和小纪井水位测项M₂波潮汐滞后和残差相位差基本一致。在计算过程中发现，平山井潮汐滞后及残差相位差变化较明显，分别在-5°—5°和-15°—20°之间波动，与该井静水位数据长期不稳定有关，但这种不稳定并未影响潮汐因子和观测精度。

2.3 水温差分标准差

在水温评价指标中，内在质量是采用超过3倍标准差的个数作为评定标准，在计算时发现，在较长时间段内，该指标并没有明显的长趋势变化，故选用差分标准差（动态稳定性）作为研究指标。以苏06井为例，分析传感器不同置深（800 m深层水温和400 m中层水温）水温差分标准差变化特点，结果见图 3。2019年2月中旬，该观测井更换置深800 m水温传感器，更换后，该水温探头置深不变，其深层水温数据和标准差无变化；然而，在更换过程中，因人为操作导致置深400 m中层水温探头投放深度下降约20 cm，使得中层水温标准差由0.002 7 ℃下降至0.002 3 ℃（图 3）。可见，水温差分标准差的直接影响因素是传感器投放深度。

由表 2可知，在同一流体井中，水温标准差虽然随着探头置深变化而明显变化，但是并未显示出与具体深度的直接相关性。对比可知，水位潮汐因子大且观测精度较小的的流体井，其水温差分标准差通常更小，说明影响水温指标的重要因素同样是观测层位的岩体裂隙度和厚度。同时，由高邮井和文游井的对比结果可知，采用滤管结构的文游井水温标准差明显更小，表明井结构也是影响该项指标的重要因素。

3 高邮井观测质量变化分析

流体井在正式运行后，除非其仪器调整或重大环境改变，其M₂波潮汐因子等指标应保持不变。在对5口井的跟踪分析过程中发现，高邮井水位观测数据各项指标发生多次变化，见图 4。

在高邮井运行早期（2018年以前），静水位观测精度保持在0.045左右，中误差保持在0.01左右。2018年3月至2019年3月，潮汐因子由0.295 1下降为0.068 0，相对降幅约77%，平均每月下降约0.019。2019年4月，静水位原始观测数据自发出现变化，在形态上表现为半日波更加明显，幅度更大，当月并无人为因素或强降雨。2019年6月至2020年2月，潮汐因子由0.146 0下降至0.032 0，平均每月下降0.016，后保持在0.03上下波动。2021年7月，潮汐因子上升至0.323 5，此后开始下降，于2022年6月下降为0.079 5，平均每月下降0.022。上述变化特征揭示了高邮井射孔结构存在的问题，即井斜较大的射孔井容易遭受外来物质侵入，一旦发生淤堵，潮汐因子将以每月7%的相对变化率下降。

高邮井射孔出现淤堵后，曾出现2次疏通过程，分别是：2019年4月，高邮井射孔出现一次自发性疏通活动；2021年7月，同井水温传感器进行更换，触发了井孔疏通效果。后者触发原理如下：在置深420 m的水温传感器更换过程中，采用人工拉拽方法，使得传感器在射孔附近（411—415 m）反复搅动，从而产生疏通效果，但作用有限。此类淤堵现象暂时未在滤管结构的流体井中发现，说明滤管结构具有更好的防堵作用，对其他领域中滤管的使用也具有实际意义（石晓兵等, 1999, 2001）。

高邮井水位M₂波相位滞后与潮汐因子变化趋势几乎一致，且由＜10°下降至-80°（图 4），下降幅度达1 600%。2018年，残差相位差与潮汐因子呈相反趋势变化，且由约1°上升至3°左右，上升幅度约300%。2019年4月和2021年7月的井孔疏通，引起残差相位差与潮汐因子出现同趋势变化，这种现象值得进一步研究。

4 结论

通过对扬州、淮安地区5口流体井水位、水温测项观测质量进行分析，得出以下结论：

（1）影响水位潮汐因子、中误差和观测精度的重要因素是观测层位的岩体裂隙度和厚度，当观测层位的裂隙度或厚度较大时，其观测精度更小，而潮汐因子更大。

（2）水位潮汐滞后和潮汐残差相位差受多种因素影响，其中渗透率是重要的影响因素。

（3）水温差分标准差受到观测层位的岩体裂隙度和厚度影响，同时受到井结构的影响。相较之下，滤管结构的流体井水温差分标准差更小。

（4）射孔结构的流体井存在淤堵问题，会导致水位潮汐因子下降、观测精度上升、相位滞后下降、残差相位差上升，但是在井孔疏通过程中，水位潮汐因子、相位滞后和残差相位会同步上升。