抚松井水位观测干扰因素分析

綦 伟，李仲巍，刘达峰，金 伟，张 磊

（吉林省龙岗火山监测站，吉林 抚松 134528）



抚松井水位观测干扰因素分析

綦 伟，李仲巍，刘达峰，金 伟，张 磊

（吉林省龙岗火山监测站，吉林 抚松 134528）

摘要：选取2007—2014年抚松井水位、气压、降雨等数据及该井周边抽水资料进行了相关分析，旨在归纳总结相关干扰因素对水位动态变化影响特点及规律。分析表明，该井水位微动态变化与气压呈负相关系，水位年变主要受远程径流补给调制。工业及民用抽水及周边环境改变对水位影响关系复杂，对近年来抚松井水位趋势下降有较大影响。

关键词：抚松井；降雨；抽水

0　引言

地下水位观测是地震流体监测的重要组成部分。地震是地壳运动和构造活动的强烈表现形式。地震孕育和发生过程中,能引起局部或区域尺度深、浅部介质的结构、力学、物理化学性质的变化。作为地壳中普遍赋存和活跃的组分的地下水,其动态变化能较灵敏地反映地震和构造活动的信息。国内众多震例总结表明，无论是在震前、震时或震后，都能观测到较多的地下水位异常。同时，由于受到降水、地下水开采及周围自然环境改变的影响，在地下水观测中也存在相当多的干扰异常。这些干扰因素的影响机理十分复杂，如何处理、离分或剔除这些因素的影响，对于地震前兆的提取，进而做出科学的地震预测十分重要。抚松井自2007年6月开始观测以来，至2014年底，资料连续，有较规律的年变，气压和固体潮效应明显[1]。自2010年以来，该井周边的工业抽水和农用灌溉井陆续增加，加之附近种植开发项目的实施，对该井水位观测影响较大。本文选取抚松井2007—2014 年的水位数据、气压降雨及观测井周边井抽水资料进行综合分析，归纳总结降雨与抽水等因素对该井水位的影响，以期给出水位观测动态变化的正常背景，为地震和火山监测预报提供有价值的资料。

1　观测井基本情况

1.1观测井周边地质构造和水文条件

抚松井的地质构造位于浑江断裂带北东端上，井孔与断裂带最小距离为10km。浑江断裂带作为吉林省内规模较大、切割较深的断裂带，贯穿通化、白山二个地区。断裂总体走向NE50o，绵延180km，为铁岭隆起与太子河浑江凹褶断束两个三级大地构造单元的分界，断裂带西北侧为龙岗断块，东南侧为浑江凹褶断束。西南段的断裂西北盘太古界逆冲于中、晚元古界之上，北东段由于被新生代玄武岩掩盖，断裂形迹不明，但航磁资料证实断裂延至抚松县抽水乡一带。该断裂带控制晚古生代以及以后的沉积，中生代以来仍继续活动。新生代以来，该断裂构造仍呈继承性活动[2]。受断裂构造控制，通化－抚松一带小震活动较为频繁。观测井周围地表被第四系亚粘土夹碎石覆盖，地表以下为中生界上侏罗系，主要岩性以辉石安山岩、多斑安山岩、安山凝灰岩为主，夹有流纹岩。在井孔及附近岩心裂隙面上出现淋滤性黄褐色和白色硅质薄膜，硅质薄膜出现在深层裂隙面上，这说明岩层裂隙发育的比较好。地下水赋存于基岩裂隙中，一般浅层裂隙水单井涌水量30～50m3/d,本井深层裂隙水单井涌水量9.84m3/d，地下水具有局部相对承压水性质。

1.2井孔结构与观测仪器

抚松观测井井口海拔758m，完钻井深151m，0～51m段套管口径为127mm，51～151m段为146mm，其中111～151m段为滤水管（图1）。0到72米用黄土状亚粘土封井，72到102m用白粘土球止水封井，隔水层厚10m。水位探头埋深23.0m；观测层含水段5.6m，观测井涌水量每小时0.41m3/d，应为弱含水层；其渗透性较差，渗透系数为0.03m/d；水化学类型为重碳酸钙型，矿化度为0.41g/L,硬度为204mg/L。抚松井为一井多套仪器观测，水位仪为LN-3A数字化水位，水温仪器为SWA-1A数字化水温仪，探头投放深度分别为23米和140米。辅助测项为气象三要素。2013年12月16日增加水位观测仪器，ZKGD3000-N（中科光大）水位探头投放深度为23米,二套水位仪并行参比运行。

2　干扰因素分析

2.1降雨与气压影响

抚松井自2007年6月投入观测以来，远离工业区，2009年10月前附近几公里范围内没有地下水开采，水位观测受外界影响较小，荷载效应明显，固体潮反映较好。

从图2所示的2007—2014年抚松井水位日均值曲线看，该井水位具有较明显的年变，属于“冬高夏低”型，水位变化幅度约为1～2.6m，自2011年以后，水位下降趋势明显。

图1和表1中给出该井周边的降雨及总降雨量变化，从图2可以看出，每年降雨集中分布于6～9月，其中2010—2012年降雨量较大，均在600mm以上。2010年总降雨量达到了823mm，而2014年降雨量最小，仅为322mm。对比分析降雨量和水位变化，两者呈负相关关系，每年降雨的高峰期对应水位观测值曲线年变谷底，亦即降雨量对水位的影响有较长时间滞后。根据车用太等人对中国井网127口深井统计分析的结果，抚松井水位年变属于“先谷后峰”型，此类年变动态多见于观测井距补给区较远和地下径流条件较差的情况,水位峰值往往对应于前一年或半年的降雨峰值[3]。由于抚松井地下潜水隔水顶板相对致密，渗透系数为0.03m/d；渗透性较差，本地的大气降水不能直接补给，应为较远处的水平迳流补给。从表1给出年降雨量与水位差对比分析，降雨是水位年变的主要影响因素，但降雨对水位的影响时间至少滞后半年。

表1　地脉动信号的优势频率与卓越周期参数

在地下水动态观测中,气压对水位的影响具有普遍性。就承压水井而言，大气压力通过井孔直接作用于井水面上，同时也通过上覆地层给含水层施加附加应力。气压发生变化时，在含水层孔隙压力和井孔水柱压力间便形成压力差，导致地下水在含水层和井孔之间产生流动，从而引起井水位的升降变化。从机理上分析，气压和水位应为负相关关系。但从气压日均值曲线和水位日均值曲线图上看（图2），气压与水位似乎为正相关关系。为进一步分析问题，选取2011年4月份水位和气压整点值进行分析，观测值曲线由图3所示。

对比分析图3所展示的水位和气压曲线，可以看出，不论是时间尺度为1天还是1个月，两者都存在负相关关系。参照赵丹等人[4]的方法，此对水位和气压整点值绘制散点图分析，两者具有一定的线性相关关系。以气压为自变量，水位为因变量进行一元线性回归计算，得到相关系数及回归方程及气压影响系数，见表2。其中相关系数R为-0.591，气压影响系数为-0.0051，即气压每变化1hpa，则会引起水位约5mm的变化。由表1可知，抚松井附近气压每年变差最大约为35hpa，由此可引起的最大水位变化约为0.2m。

从机理上分析，气压年变与气温变化为负相关，即温度愈低，气压愈高。水位与气压从机理上分析也应为负相关，但该井由于补给滞后，每年的水位高峰值出现在年底，这时气温也处于低值，因而出现水位与气压为正相关的假象。通过回归分析计算，气压引起的水位变化最大变化为0.2m，而水位年变达2m以上，这主要是补给造成的。在年变曲线上，气压对水位的负相关影响已被补给形成的年变淹没，水位年变曲线主要反映的是补给影响。

表2　水位与气压回归分析结果

2.2水位与抽水影响

抚松井自2007年投入观测以来，周边影响因素较少，观测曲线相对平稳，有明显的年变规律。自2010年以后，其周边工业用水井及民用灌溉井逐年增多，对观测环境影响较大（图4）。据初步调查，在抚松井周围650m内共有抽水井4眼，其中距观测井最近有抽水井距离仅为100m。这些抽水井在不同程度上对抚松井水位观测造成影响。2010年5月19日在距离抚松井260米处的砖厂打井（井深47m），砖厂投产后，抽水对水位的影响比较明显。为查清抚松井周边用水对水位观测的干扰影响，于2015年7月5日、7月8～9日，分别选取距该井100m和260m的养猪厂水井和砖厂抽水井进行抽水试验。

第1次抽水实验：养猪厂井，抽水时间为2015年7月5日8—15时，抽水时长为7小时，抽水泵型号为爵士力/100QJD6-50，流量：6（m3/h），扬程：50（m）。

第2次抽水实验：砖厂井，抽水时间为2015年7月8日20—7月9日8时，抽水时长为12小时，抽水泵型号为上海青蛙/ QGD1.8-50，流量：7（m3/h），扬程：80（m）。

图5为抽水实验期间抚松井记录水位分钟曲线，从图中可以看出，第一次抽水试验时，水位即开始下降，至抽水结束时已下降0.511m，抽水结束时水位继续下降，至7月6日16时间时最大降幅已达0.72m。之后曲线缓慢抬升，但至第二次抽水试验时，尚未完全恢复。

第2次抽水试验开始时，抚松井水位观测值并未立即下降，而是在2.5小时后才开始下降，至抽水结束时，下降0.38m，抽水结束时水位仍以原有速率下降，至7月11日9时降至最低值，最大降幅达1.06m。之后水位值曲线缓慢，直至20日方恢复至正常形态。

上述试验表明，抽水对水位观测有相当大的影响，抽水时的水位下降和后效影响可达几天甚至到十天。水位观测曲线的下降与恢复及其形态，与抽水源距井口的距离、抽水井的深度、抽水时间及抽水量以及地下水迳流补给条件有关。对抚松井而言，上述2个抽水井可能与该井水位处于同层水面上，仅一次十几小时的抽水，已接近水位观测的最大年变值。

从2011年10月到2014年底，抚松井水位虽还呈现出一定的年变形态，但保持了总体下降的趋势。与此同时，该井周边抽水井逐年增多，工业及农用灌溉用水已成常态。周边地下水过量开采，加之抚松井门前的3000多亩的湿地开垦为蓝霉基地，蓄水功能丧失，均可导致地下水位下降，这应是近年来抚松井观测水位下降的主要原因。

3　结论与讨论

综上分析，给出如下结论：

（1）抚松井水位观测年变主要与降雨有关，但降雨以迳流方式补给，时间上有明显滞后；

（2）该井气压与水位呈负相关系，气压系数较小，对水位的长期变化影响较小；

（3）该井周边的抽水对水位影响较大，近年来井水位持续下降，与大量地下水开采及周边环境变化有关。

由于资料相对匮乏及认识水平所限，本文的分析还需深化。特别是该井及周边的水文地质情况尚不明晰，未能进行地下水年龄测试[5]，无法给出更清楚的地下水运移的运动机制，这些都有待于今后进行更深入的工作来完善。

参考文献：

[1]綦伟,刘俊清.抚松井数字化观测资料分析[J].防灾减灾学报,2010,26（2）:26-30.

[2]李钟巍等.抚松井水温动态特征分析[J].防灾减灾学报,2010,26（1）:67-74.

[3]车用太，鱼金子，张大维.降雨对深井水位动态的影响[J].地震,1993,8（4）:4-15.

[4]赵丹,王广才.地下水位气压效应的消除及主要气压影响分波的识别[J].中国科学,2013,43（1）：79-86.

[5]张国盟,刘耀伟,张磊,等.地下水测年方法及其在地震监测中的应用展望[J]．中国地震,2015,31（1）;1-10.

ANALYSIS OF FUSONG WELL WATER LEVEL OBSERVATION INTERFERENCE FACTORS

QI Wei，LI Zhong-wei，LIU Da-feng，JIN Wei，ZHANG Lei
（Volcanic Observatory of Longgang，Jilin Fusong 134528，China）

Abstract:In this paper,the data of 2007 -2014 years,such as water level,pressure,rainfall and other data of the well water level in Fusong,were selected and analyzed.The purpose of this paper is to summarize the characteristics and laws of the factors affecting the dynamic changes of the water level.The analysis shows that the dynamic changes of the water level in the well are negative correlation with the air pressure,and the water level changes are mainly influenced by the remote runoff recharge.Industrial and civil water pumping and the surrounding environment to change the impact of the water level is complex,the trend in recent years,the water level in Fusong has a greater impact.

Key words:Fusong well;rainfall;pumping

作者简介：綦伟(1973-)，男，汉族，吉林省抚松县人，1996年毕业于吉林省化工学校，本科，工程师，现主要从事火山与地震观测研究。E-mail: qw731215281@sina.com

收稿日期：2015-09-26

修订日期：2015-10-21

基金项目：吉林省地震局“合同制科研课题项目”（编号：201511）资助

中图分类号：P315.72

文献标志码：A

DOI:10.13693/j.cnki.cn21-1573.2016.01.010

文章编号：1674-8565（2016）01-0059-05