張子廣,盛艷蕊,李 非,張素欣,薛志芳

(1.河北省地震局,石家莊 050022;2.河北省地震局何家莊地震臺,河北昌黎 066600;

3.河北省地震局秦皇島中心臺,河北秦皇島 066100)

昌黎井水位、水氡趨勢動態(tài)特征分析

張子廣1,盛艷蕊1,李 非2,張素欣1,薛志芳3

(1.河北省地震局,石家莊 050022;2.河北省地震局何家莊地震臺,河北昌黎 066600;

3.河北省地震局秦皇島中心臺,河北秦皇島 066100)

分析了昌黎井2004年洗井前后水位、水氡的趨勢動態(tài)特征,認(rèn)為洗井是造成水位和水氡兩者趨勢變化不同步的主要原因之一。經(jīng)過觀測環(huán)境調(diào)查,判定2009年以來水位趨勢下降并打破年變規(guī)律與附近溫泉井抽水有關(guān)。關(guān)鍵詞:水位;水氡;抽水;洗井

0 引言

昌黎井是流體綜合觀測井[1],1982年開始觀測水位、流量、水氡,2002年實(shí)施數(shù)字化觀測。目前水位、水氡實(shí)行模擬和數(shù)字化并行觀測。2002—2003年間,水位處于觀測以來的最低值,存在斷流的危險性。為此,于2004年7月進(jìn)行洗井[2]。洗井后水位逐漸上升,但隨著觀測資料的積累,發(fā)現(xiàn)水位和水氡兩者的相關(guān)性發(fā)生了較大變化,并且水位、水氡年變動態(tài)規(guī)律也發(fā)生了變化。尤其是2009年初以來,水位呈趨勢下降變化,年變動態(tài)明顯改變。針對這些變化圖像,2009年度、2010年度震情趨勢會商中,將其作為重點(diǎn)異常進(jìn)行跟蹤,并對該井水位、水氡觀測資料變化特征進(jìn)行了分析,調(diào)查了井孔附近地區(qū)的水文地質(zhì)和環(huán)境。

1 井孔條件概述

昌黎井又名何家莊井,位于河北省昌黎城關(guān)南0.5km 處 ,地理位置 119°17′E,39°43′N,地處燕山山前平原、飲馬河沖積扇上,昌黎—寧河斷裂北側(cè)約1.5km處。

該井為地?zé)岙惓^(qū)溫泉鉆孔,孔深301.4m,地表至75.76m為第四系粘土、細(xì)砂,76～85m為中粗砂夾礫石含水層,85m以下為前震旦系混合花崗巖和角閃斜長片麻巖,172～180m處巖石破碎,是該井的主要出水段。地下水類型為脈沖狀裂隙水,補(bǔ)給區(qū)為北部山區(qū)及北東向低山丘陵區(qū),排泄于上覆中粗砂夾礫石含水層。1981年開始觀測動水位,水位為0.9～1.2m左右,流量為0.04L/s,井口水溫為36℃,井底水溫為38℃,具有低流量、高壓力、深循環(huán)的特征。

2 觀測環(huán)境調(diào)查與資料分析

2009年初以來昌黎井水位呈下降趨勢,年動態(tài)規(guī)律明顯改變,2010年2月中旬水位轉(zhuǎn)折上升;水氡2010年初上升速率較快。針對這些異常變化,調(diào)查走訪了井孔周邊的觀測環(huán)境、對比觀測了水氡水樣。

2.1 外界環(huán)境調(diào)查

圖1給出了昌黎井水位、水氡、降水量曲線圖,可以看出水位與降水存在較明顯的關(guān)聯(lián)性,1983—1988年、1994—1998年降水充沛,水位則處于高值或上升趨勢,2004年洗井,水位上升與之有直接關(guān)系。2009年降水581mm,高于多年平均值(573mm),但水位呈下降趨勢,而且雨季期間水位缺失年變動態(tài)中的上升階段。因此可以認(rèn)定2009年以來水位轉(zhuǎn)折下降與降水關(guān)系不大,應(yīng)存在其他因素的影響。

對井孔周邊環(huán)境進(jìn)行調(diào)查走訪,發(fā)現(xiàn)昌黎井東南方向約500m處有一口溫泉井(昌黎三中東大墻外側(cè)),2008年12月20日開始抽水供浴池用水,溫泉井的水溫為38.5℃左右。該浴池每天早5:00—21:00抽水,從該浴池顧客流量以及排水量發(fā)現(xiàn)每天的用水量非常大。昌黎井和溫泉井距離很近,水溫相當(dāng),構(gòu)造部位同處于昌黎—寧河斷裂北側(cè)(圖2)。因此,基本可以推斷兩井出水層位深度相當(dāng),溫泉井大量抽水,勢必會造成昌黎井水位下降。

圖1 昌黎井水位、水氡、月降水量、年降水量曲線

圖2 井孔附近地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖

由于當(dāng)?shù)鼐用駥Υ祟愓{(diào)查相當(dāng)敏感,基本不配合,只能從側(cè)面進(jìn)行初步的了解。曬甲坨位于昌黎縣城西南方向,該村有一口溫泉井,水溫約55℃,日開采量較大,該溫泉具體開發(fā)時間、井深均不詳(圖2)。龍家店位于昌黎縣城西10km,2007年前有浴池1個,2009年以來新開浴池2個,浴池用水均為鉆井地下水,一般井深在90m左右。從浴池的用水情況發(fā)現(xiàn),抽上來的水需經(jīng)過鍋爐加熱后才使用,判定抽水井水溫較低,對昌黎井影響不大。龍家店鎮(zhèn)西北方向的李埝坨,屬于地?zé)岙惓^(qū),有“溫泉鄉(xiāng)”之稱,原來有溫泉浴池,四、五年前停業(yè)。鄰近的康埝坨現(xiàn)有3.3公頃左右的養(yǎng)魚池,該區(qū)自1995年開始養(yǎng)魚,2004年以后規(guī)模逐漸擴(kuò)大。經(jīng)調(diào)查,發(fā)現(xiàn)大約有10口井為養(yǎng)魚用戶所用,井深70～100m左右,溫度約40℃,約半個月?lián)Q一次水,天氣寒冷時每天都抽水,用水量相當(dāng)大。

分析認(rèn)為曬甲坨溫泉及康埝坨養(yǎng)魚池開發(fā)時間較長,昌黎井水位2009年以來的下降變化(圖1),從時間上分析與之不符。因此,可以排除它們對昌黎井的影響。曬甲坨溫泉及康埝坨養(yǎng)魚池等長時間開發(fā),對昌黎井是否存在影響,有待進(jìn)一步研究。

2.2 水氡對比觀測結(jié)果

昌黎井水氡觀測使用FD-105K型射氣儀,1988年至今儀器沒有更新[3]。2004年洗井后,水位和水氡趨勢動態(tài)的一致性發(fā)生了改變(圖1),分析認(rèn)為2004年底至2007年上半年水位上升、水氡上升-下降過程與洗井有直接關(guān)系,但2007年下半年以來水位是上升-下降的過程,水氡測值卻在高位上波動,與水位的趨勢動態(tài)不匹配。為驗(yàn)證昌黎井水氡測值的可靠性,于2010年3月24日至4月22日進(jìn)行了水氡對比觀測。方法是從其他水氡觀測井上選調(diào)了1臺FD-105K型射氣儀,昌黎井水氡觀測員每天多取1份水樣,利用選用的儀器增加1次測量,觀測結(jié)果見圖3。

對觀測結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析,相關(guān)系數(shù)為0.236,表明它們的相關(guān)性不高,但0.236的相關(guān)系數(shù)也說明兩者的動態(tài)變化過程存在一定的相似性。主樣測值的波動范圍約為3Bq/L,比測值波動范圍約為8Bq/L。兩者的差值在-2～5Bq/L,即比測值的高值比主樣值高5Bq/L,其低值比主樣值低2Bq/L。相比而言,主樣值更穩(wěn)定。通過對比觀測,可以驗(yàn)證昌黎井現(xiàn)役FD-105K型射氣儀工作性能正常,其水氡資料觀測結(jié)果可靠。

圖3 昌黎井水氡對比觀測曲線

2.3 水位、水氡相關(guān)分析

2004年洗井后,水位和水氡趨勢動態(tài)不一致(圖1)。進(jìn)行線性相關(guān)分析,1987—2002年期間年相關(guān)系數(shù)的平均值為0.531(圖4),2005—2009年期間年相關(guān)系數(shù)的平均值為-0.409(圖5),表明兩者的趨勢動態(tài)在洗井前后完全改變;水位、水氡的年變特征在洗井前后亦有所變化,洗井后水位的年變基本消失,水氡年變的規(guī)律性在洗井后有所減弱。

圖4 昌黎井水位、水氡相關(guān)分析曲線

圖5 昌黎井水位、水氡相關(guān)分析曲線

洗井后,含水層與井孔之間的透水性增加,即井-含水層系統(tǒng)地下水交換量增加,水位上升是正常現(xiàn)象;由于地下水徑流速度加快,水氡測值應(yīng)該在高位上變化。也就是說2004年底至2007年上半年水位上升、水氡上升-下降過程是洗井因素的結(jié)果。2008年以來水位、水氡趨勢動態(tài)仍然不一致,尤其是2009年兩者呈反向變化,其原因可能是:昌黎井附近地區(qū)地下水徑流方向由西北向東南[4],上述調(diào)查的溫泉井處于昌黎井的下游,當(dāng)溫泉井開始抽水時,流經(jīng)昌黎井的地下水徑流強(qiáng)度加大,水的活性增強(qiáng),水中的溶解氣逸出量增大。因此,可引起水位下降、水氡測值偏高。

3 結(jié)論

根據(jù)觀測井附近的幾口抽水井的位置和該地區(qū)構(gòu)造特點(diǎn)分析:龍家店鎮(zhèn)的幾個浴池用水井、康埝坨的養(yǎng)魚池用水井井深均比昌黎井淺,而且和觀測井不在同一斷裂帶上,距離較遠(yuǎn),基本不會對觀測井產(chǎn)生影響,排除其干擾。

曬甲坨溫泉井和觀測井在同一斷裂帶附近,是否為同一含水層無據(jù)可查,用水量的增加可能會對觀測井有影響。距離觀測井最近的一口溫泉井,位于北西向的昌黎—寧河斷裂下游,該井從2008年12月20日開始大量抽水,與觀測井水位下降時間基本吻合,分析認(rèn)為:(1)2009年以來昌黎井水位趨勢下降并打破年變規(guī)律,是附近地下水開發(fā)引起;(2)抽水量增大,地下水徑流強(qiáng)度變大,水的活性增強(qiáng),水中的溶解氣逸出量增大,可引起水氡測值偏高;(3)2004年洗井前后水位、水氡趨勢動態(tài)不同步的主要原因是洗井和附近溫泉井開發(fā)抽水;(4)昌黎井周圍熱水長期開發(fā),對其水位動態(tài)變化肯定存在影響,因此應(yīng)關(guān)注昌黎井水位、水氡動態(tài)的變化趨勢,隨時了解地下水開采等環(huán)境條件的改變。

致謝:在觀測環(huán)境調(diào)查與資料收集工作中得到秦皇島中心臺劉懷、后土橋地震臺王艷榮等大力協(xié)助,深表謝意!

[1] 國家地震局科技監(jiān)測司.中國地震地下水位動態(tài)觀測網(wǎng)[M].北京:地震出版社,1990:298-299.

[2] 岳秀俠,李冬圣,陳明傳,等.昌黎井清洗及井口改造[J].華北地震科學(xué),2005,23(3):56-59.

[3] 河北省地震局.河北省地震監(jiān)測志[M].北京:地震出版社,2005:127-134.

[4] 車用太,魚金子.地下流體典型異常的調(diào)查與研究[M].北京:氣象出版社,2004:10-15.

Analysis on Long-trend Variations of Water Level and Water Radon in Changli Well

ZHAN G Zi-guang1,SHENG Yan-rui1,LI Fei2,ZHANG Su-xing1,XUE Zhi-fang3
(1.Earthquake Administration of Hebei Province,Shijiazhuang 050022,China;
2.Hejiazhuang Seismic Station of Hebei Province,Changli 066600,China;
3.Qinhuangdao Central Seismic Station of Hebei Province,Qinhuangdao 066100,China)

This paper analyzes the long-trend variations of water level and water radon in Changli well.The results indicate that the asynchrony between the long-trend variations of water level and the long-trend variations of water radon is caused by well washing.According to our survey on observation environment of the well,the long-trend decreasing variation of water level since 2009is concerned with water dumping in a hot spring well.

water level;water radon;water dumping;well washing

P315.723

A

1003-1375(2011)02-0019-04

2010-04-30

河北省地震局2010年度地震科研基金重點(diǎn)項(xiàng)目“昌黎井水位周期性波動和水溫潮汐現(xiàn)象研究”資助

張子廣(1961-),男(漢族),河北冀州人,副研究員,主要從事地下流體地震預(yù)報與研究.E-mail:zzg@eq-he.ac.cn