巢湖14井地下水位异常分析及环保意义探讨

王 俊 杨林根

（1安徽省地震局 安徽合肥 230031 2巢湖市地震办 安徽巢湖 238000）

关键字：巢湖14井；水位；异常；成因；环境保护

1 引言

巢湖14井深331m，位于安徽巢湖北郊的皖维集团内，观测含水层270.73-301m，为泥盆纪系砂岩，属孔隙裂隙承压水。构造上在滁河断裂与东关断裂交汇处，其西侧是郯庐断裂带。井孔区域为江淮剥蚀丘陵，地势北高南低，山岭多由泥盆纪沙岩组成，斜坡为灰岩，岩溶较发育。拥有数字化水位、水温观测手段，受降雨影响显著。这反映该井易受外界环境影响，加强资源与周边环境的保护作用对该井数据观测质量尤为重要。

自1985年观测以来，该井水位陡降主要表现为震后效应，但也有4次不是震后效应，那么研究这一类型的水位陡降异常，对地下水微动态研究有重要意义。

2 异常概述

2017年8月24日21时11分，巢湖14井水位自1.134m突然陡降至1.225m，幅度达9.1cm，然后在低值按固体潮形态波动变化。曲线总体形态如历年水位陡降时一样，似同英文字母“L”，因此，将其命名为“L”型地下水异常。同时段内井孔水温出现缓慢上升，幅度约0.0052°C

3 异常分析处理过程

依据地下水动态干扰异常识别的4个相关性原则，即成因上、空间上、时间上及强度上的相关性（车用太等，2011），调查组开展了现场核实工作，一检查仪器，实测水位，其表明水位变化真实；二调查周围环境，发现井孔周边正进行大面积房屋拆迁，但时间上不相关，且在方面拆迁过程中未引起强振动或施工破坏井管等现象，故本次变化暂时与环境变化无关（但后续的大范围拆迁，可能引起地面的振动，可能对该井水位观测产生影响，因此当地政府应积极响应，快速稳妥地与拆迁公司协商，加大对观测井周边观测环境保护作用，尽可能地将影响作用降到最低）。三是认真梳理历史水位资料，结果表明该井水位曾多次出现陡降异常变化，其多为震后效应，如2008年汶川地震、2011年日本地震。但1999年12月安徽利辛4.1级地震前，水位先突升再陡降，完成了一次水位异常的完整形态变化过程，但与这次异常形态明显不同。此外在一次强降雨或长时间降雨后，引起水位上涨至1.1m以上时，也会引起水位下降，2012年以来，每年均出现类似“L”型陡降（含本次共有6次）。四是分析同井其他观测手段情况，发现水温也呈缓慢上升变化。

4 异常分析与结论

4.1 异常特征

（1）巢湖14井水位陡降前有一较长时间连续、缓慢上升过程；

（2）当水位上升到1.1m以上时，随时可能发生瞬间水位陡降；

（3）当水位陡降稳定后，水位在无降水的情况下，变化缓慢，均值曲线成水平状态，转为正常运转，整点值曲线水位陡降前后成“L”型。

4.2 异常分析

排除干扰后，为进一步解释该井水位陡降异常，同时段内水温缓慢上升变化的原因，分析井孔-含水层系统环境是否存在地质活动影响，例如井壁塌方、裂隙“张合”等作用。若井壁出现塌方，裂隙增大，水位可能会出现陡降，就承压井而言，水位陡降后应为“恢复曲线”形态（孙佩琦等，1990），但本次异常出现陡降后水位持续平稳波动，似乎是水位在运动的过程中呈新的“平衡”状态。当井下出现裂隙出现“张合”运动作用，水位和水温的异常形态，都应该是呈“尖波”状或是“几”字型（孙佩琦等，1990），不应是“L”型。因此上述两种机理都不能解释本次水位异常陡降。具体分析如下：

（1）井水触发波引起水温变化情况。该井于2012-2014年间曾发生三次水位陡降异常，异常后均进行现场核实工作。主要开展了提放水温探头、水温梯度实验（图2a、2b）和井下探测等工作。这些操作都会引起了井水位的振荡，振荡后的水温变化基本是呈“V”形，即是先降后升，与2015年尼泊尔地震的震后效应类似（图2c、2d）。可见外界环境干扰，如强振动、爆破等可能引起井水触发作用而引起水温的变化，极大干扰了对异常性质的判定；而《地震监测设施和地震观测环境保护条例》中明确规定，为保护地震监测设施及其观测环境，充分保障地震监测预报工作的顺利进行，任何单位和个人都有保护地震监测设施及其观测环境的义务。在地震观测环境保护范围内的新扩建等工程项目必须重新规划，以避免或减小影响。

（2）当UPS电源在不供电时，巢湖14井水温呈“V”字型异常情况。巢湖14井水温因UPS不供电时，也会形成的“V”字型异常，不同的是同时段水位未发生变化。以2014年6月19日的水位异常为例，19日18时观测仪器除195m处水温仪器自带蓄电池还在工作外，其他仪器全部停运后。据分析意见，将市电直接接入仪器总供电插座上，仪器开始正常工作。经查UPS在15时04分已经不供电，18时17分接上交流电。UPS停运194min，表明供电不正常，明显影响观测设备的有效运行，这给前兆异常的判定带来困难，故需进一步优化资源，保护观测环境，保障地震监测设备的良好观测环境，为地震预测预报工作发挥效用。

4.3 分析结论

（1）巢湖14井水位陡降机理是：当井水受触发或处于高水位状态，井孔-含水层系统中的污垢（如悬浮物、微生物等）在孔裂隙中，对流体运动的阻力有着进、出的差距，即流体进入井孔的阻力小于井孔返回含水层的阻力，当井孔水位高于含水层流体压力达到一定限值时，平衡失效，流体突破阻力，迅速返回含水层的孔裂隙中，产生了伯努利效应（李华等，2013），孔隙压力下降，即水位降低，然后在调整的过程中，形成新的平衡状态。

（2）井孔流体长期静置在孔径很小的裂隙内，容易形成上面温度低，下面温度高的逆温层。当井水受到触发后，极容易产生热对流，使得上面温度低的流体下行，下面温度高的流体向上运动。所以井水触发，如地震波冲击时，水温会先下降，后通过含水层围岩和孔裂隙中的流体供温而上升到新的平衡点。如果井区含水层受到地震波的冲击荡涤较大时，孔裂隙的状态会发生改变，增大时，水位还可能下降，水温可能上升。

（3）2017年8月24日巢湖14井水位陡降是一次短期的变化过程，可能该井孔长期静置，井孔-含水层系统的孔裂隙中污垢淤积较严重结果，在外界触发（夏季降雨）使得裂隙中的悬浮物、附着物以及泥沙杂质等发生迁移，流水增大，产生的伯努利效应，它是巢湖14井水位运动的一种特殊形式，既不是地质活动的结果，也不是震兆异常的表征。

（4）这种特殊的运动形式，可能与井孔自身结构、水文地质条件等相关。因此当地政府部门应在后续施工改扩建项目施工中，高度重视周边环境保护工作，在地震观测井环境保护范围内，严格禁止地下水开采或深井同层抽、注水、施工振动等作业，以保护区域的水文地质环境，创造良好的观测环境，有效地保证观测数据质量。

结语

综合上述，远大震对该井区域内的观测环境、水文地质条件及构造环境具有一定影响，井孔-含水层系统在震后出现相应表现。因此应加强地震监测环境保护，确保地震观测数据质量，对地震预测预报发挥积极作用。地方政府应依法保护地震监测资源与环境，保护地震监测设施，确保观测仪器正常运行，以最大限度避免在地震监测范围内的观测环境遭受破坏，真正将地震监测环境保护工作落到实处，实现地震预测预报事业可持续发展。