怀4井水氡年变动态改变机理分析

丁志华，张素欣，盛艳蕊，张子广

(河北省地震局，河北 石家庄 050021)

0 引言

怀4井位于延矾盆地怀来县城南部的后郝窑热田区，热田区面积约4平方公里[1]，大气降水是热田区地下热水的主要补给来源[2]。怀4井水氡测值对所处的张渤带上的中等地震出现过不同程度的高值异常变化[3]。由于高强度的地热开采，导致该井水氡测值的变化动态在2012年前后发生了变化。2012年前，水氡存在冬高夏低的年变形态，2012年之后变为冬低夏高。目前，对于自流井水氡变化机理及影响因素的研究包括自流井的流量、压力及取样条件、降水、抽水、气温等[4-7]，对多口井同类变化形态的研究较多，而对于同一口井不同阶段的不同变化形态的研究较少。该文将通过研究怀4井2012年前后热田区的渗流特征，分析该井水氡测值在不同时期的变化机理。

1 怀3井、怀4井及后郝窑热田区概况

怀3井与怀4井均为地震地下流体专用观测井，1972年开始观测时两口井都是自流的，怀4井开始观测时的水头高度在地面以上2.6 m，怀3井的水头高度较怀4井低，在地面以上1米多，怀3井2003年断流，目前怀4井水位在地面以下4米多。怀3和怀4井井孔柱状示意图如图1所示。怀4和怀3井的水年龄稍老，水循环较深，温度偏高，两井所处含水层岩性相同，厚度不同，最初测试的怀3井水氡值平均为14.8 Bq/L,怀4井约为3.8 Bq/L。

怀4井深度为500.34 m，水温88.1 ℃，是热田区内井深最深、水温最高的井孔。怀3井距怀4井120 m，华电2井距怀3井100 m，距怀4井20 m(见第31页图2)。

图1 怀3和怀4井孔柱状示意图Fig.1 Column diagram of wells Huai-3 and Huai-4

热田区内断层主要有北东东、北北西和北北东3组。20世纪70年代进行了详细的地热田勘查,通过钻探及多种物探与化探,查清了热田区内的断裂构造与热水物理化学特性(河北第三地质大队)。在北北西和北东东断层的交汇处,往往深部地下水温较高,可能是热水上升的通道[8]。3条NW向断裂的产状相近，皆为正断层(见第31页表1)，认为是在统一的构造力作用下产生的同期断裂，表征断裂活动强度的垂直断距相差较大，其中F7-8最大，其次为F2、F9[9]，F7-8断层穿过怀4井(见第31页图3)。热田区水流的总趋势是由西向东，怀4井穿过断层产生地下热水上涌通道,形成局部高水位,井水温度亦以该井孔附近为最高，往东南方向井水温度降低。

图2 怀4井地理位置图Fig.2 Geographical location of well Huai-4

表1 后郝窑热田区内断裂构造基本特征[8]Table 1 Basic characteristics of fault structure in Houhaoyao hotfield area[8]

图3 怀3、怀4、华电2井关系示意图Fig.3 Diagram of wellS Huai-3, Huai-4 and Huadian-2

2 渗流特征

2.1 2012年前的渗流特征

2012年之前，华电2井抽水期间(冬季)，怀4井水氡值升高(见图4)。其原因是华电2井与怀3井位于同一含水层，且同在断层F7-8的一侧(见图3)，华电2井抽水强度大，渗流场由怀3井流向华电2井，通过怀4井穿过断层形成的通道，渗入怀4含水层。由于怀3井水氡的初始测值高于怀4井含水层，故怀4井水氡在华电大量抽水期间(11月至来年3月)氡值高，即表现为冬高夏低。

图4 怀4井水氡多年变化曲线图Fig.4 Multi year change curve of water radon in Huai-4 Well

2.2 2012年之后的渗流特征

近年，后郝窑地区降雨量少、地表水量缩减[10-11]，热田区的热水补给量在减少，又由于热田区的地热开采强度大，使热田区的热水储量逐年减少，怀4井水流量也逐年降低，特别是90年代随着开采强度的加大，度假村规模的扩大，引起怀4井水位大幅下降，年降幅达1 m[12]。

到2012年，由于多年热水的过量开采，加之华电大唐培训中心和帝曼疗养院扩大规模，新增了许多服务项目，用水量进一步加大，导致水位下降较快，上部热水含水层几乎抽干(怀来县打井队调研)。华电2井抽水期间，含氡量高的怀3井含水层不再补给怀4井，怀4井水氡不再上升。同时，由于抽水影响，怀4井水位快速下降，流量不断减小。研究表明，流量减小会导致水氡含量降低[13-15]。另外，冬季地温降低，水汽上升会携带更多的氡溢出，导致水氡含量减少[13]。综上原因，2012年以来怀4井水氡动态变为冬低夏高。

3 结论与讨论

怀4井受热田区热水开采的影响，水位呈多年趋势下降变化，受华电2井及其他高强度开采的直接影响呈现时变性，即后郝窑热田区的渗流特征随着时间进程、开采强度的变化而变化，进而影响怀4井水氡测值。

怀4井2012年前后形态不一致可能是由于影响机理发生变化。2012年之前水氡变化是怀3与怀4井两个不同含氡水混合机理；2012年之后，热田区的热水急剧减少，特别是在华电大功率开采期间，水位大幅度下降，井水流量减小，导致氡含量降低。又由于水汽上升，氡溢出量增加，导致水氡在华电2井开采期间含氡量降低。怀4井井水“年龄较大”，说明与浅层低氡值的冷水联系不大，与浅层低氡冷水混合导致氡值降低的可能性也不大。

对怀4井水氡变化机理进行的深入分析，为探讨地下流体变化机理提供了新的思路，有利于异常的分析判定。该研究在文献查阅及走访调查、收集资料的基础上开展，对于资料间存在不一致的地方，根据已有的数据推理论证，选取可信度较高的进行分析。