王 俊 楊林根
(1安徽省地震局 安徽合肥 230031 2巢湖市地震辦 安徽巢湖 238000)
關(guān)鍵字:巢湖14井;水位;異常;成因;環(huán)境保護
巢湖14井深331m,位于安徽巢湖北郊的皖維集團內(nèi),觀測含水層270.73-301m,為泥盆紀(jì)系砂巖,屬孔隙裂隙承壓水。構(gòu)造上在滁河斷裂與東關(guān)斷裂交匯處,其西側(cè)是郯廬斷裂帶。井孔區(qū)域為江淮剝蝕丘陵,地勢北高南低,山嶺多由泥盆紀(jì)沙巖組成,斜坡為灰?guī)r,巖溶較發(fā)育。擁有數(shù)字化水位、水溫觀測手段,受降雨影響顯著。這反映該井易受外界環(huán)境影響,加強資源與周邊環(huán)境的保護作用對該井?dāng)?shù)據(jù)觀測質(zhì)量尤為重要。
自1985年觀測以來,該井水位陡降主要表現(xiàn)為震后效應(yīng),但也有4次不是震后效應(yīng),那么研究這一類型的水位陡降異常,對地下水微動態(tài)研究有重要意義。
2017年8月24日21時11分,巢湖14井水位自1.134m突然陡降至1.225m,幅度達9.1cm,然后在低值按固體潮形態(tài)波動變化。曲線總體形態(tài)如歷年水位陡降時一樣,似同英文字母“L”,因此,將其命名為“L”型地下水異常。同時段內(nèi)井孔水溫出現(xiàn)緩慢上升,幅度約0.0052°C
依據(jù)地下水動態(tài)干擾異常識別的4個相關(guān)性原則,即成因上、空間上、時間上及強度上的相關(guān)性(車用太等,2011),調(diào)查組開展了現(xiàn)場核實工作,一檢查儀器,實測水位,其表明水位變化真實;二調(diào)查周圍環(huán)境,發(fā)現(xiàn)井孔周邊正進行大面積房屋拆遷,但時間上不相關(guān),且在方面拆遷過程中未引起強振動或施工破壞井管等現(xiàn)象,故本次變化暫時與環(huán)境變化無關(guān)(但后續(xù)的大范圍拆遷,可能引起地面的振動,可能對該井水位觀測產(chǎn)生影響,因此當(dāng)?shù)卣畱?yīng)積極響應(yīng),快速穩(wěn)妥地與拆遷公司協(xié)商,加大對觀測井周邊觀測環(huán)境保護作用,盡可能地將影響作用降到最低)。三是認真梳理歷史水位資料,結(jié)果表明該井水位曾多次出現(xiàn)陡降異常變化,其多為震后效應(yīng),如2008年汶川地震、2011年日本地震。但1999年12月安徽利辛4.1級地震前,水位先突升再陡降,完成了一次水位異常的完整形態(tài)變化過程,但與這次異常形態(tài)明顯不同。此外在一次強降雨或長時間降雨后,引起水位上漲至1.1m以上時,也會引起水位下降,2012年以來,每年均出現(xiàn)類似“L”型陡降(含本次共有6次)。四是分析同井其他觀測手段情況,發(fā)現(xiàn)水溫也呈緩慢上升變化。
(1)巢湖14井水位陡降前有一較長時間連續(xù)、緩慢上升過程;
(2)當(dāng)水位上升到1.1m以上時,隨時可能發(fā)生瞬間水位陡降;
(3)當(dāng)水位陡降穩(wěn)定后,水位在無降水的情況下,變化緩慢,均值曲線成水平狀態(tài),轉(zhuǎn)為正常運轉(zhuǎn),整點值曲線水位陡降前后成“L”型。
排除干擾后,為進一步解釋該井水位陡降異常,同時段內(nèi)水溫緩慢上升變化的原因,分析井孔-含水層系統(tǒng)環(huán)境是否存在地質(zhì)活動影響,例如井壁塌方、裂隙“張合”等作用。若井壁出現(xiàn)塌方,裂隙增大,水位可能會出現(xiàn)陡降,就承壓井而言,水位陡降后應(yīng)為“恢復(fù)曲線”形態(tài)(孫佩琦等,1990),但本次異常出現(xiàn)陡降后水位持續(xù)平穩(wěn)波動,似乎是水位在運動的過程中呈新的“平衡”狀態(tài)。當(dāng)井下出現(xiàn)裂隙出現(xiàn)“張合”運動作用,水位和水溫的異常形態(tài),都應(yīng)該是呈“尖波”狀或是“幾”字型(孫佩琦等,1990),不應(yīng)是“L”型。因此上述兩種機理都不能解釋本次水位異常陡降。具體分析如下:
(1)井水觸發(fā)波引起水溫變化情況。該井于2012-2014年間曾發(fā)生三次水位陡降異常,異常后均進行現(xiàn)場核實工作。主要開展了提放水溫探頭、水溫梯度實驗(圖2a、2b)和井下探測等工作。這些操作都會引起了井水位的振蕩,振蕩后的水溫變化基本是呈“V”形,即是先降后升,與2015年尼泊爾地震的震后效應(yīng)類似(圖2c、2d)??梢娡饨绛h(huán)境干擾,如強振動、爆破等可能引起井水觸發(fā)作用而引起水溫的變化,極大干擾了對異常性質(zhì)的判定;而《地震監(jiān)測設(shè)施和地震觀測環(huán)境保護條例》中明確規(guī)定,為保護地震監(jiān)測設(shè)施及其觀測環(huán)境,充分保障地震監(jiān)測預(yù)報工作的順利進行,任何單位和個人都有保護地震監(jiān)測設(shè)施及其觀測環(huán)境的義務(wù)。在地震觀測環(huán)境保護范圍內(nèi)的新擴建等工程項目必須重新規(guī)劃,以避免或減小影響。
(2)當(dāng)UPS電源在不供電時,巢湖14井水溫呈“V”字型異常情況。巢湖14井水溫因UPS不供電時,也會形成的“V”字型異常,不同的是同時段水位未發(fā)生變化。以2014年6月19日的水位異常為例,19日18時觀測儀器除195m處水溫儀器自帶蓄電池還在工作外,其他儀器全部停運后。據(jù)分析意見,將市電直接接入儀器總供電插座上,儀器開始正常工作。經(jīng)查UPS在15時04分已經(jīng)不供電,18時17分接上交流電。UPS停運194min,表明供電不正常,明顯影響觀測設(shè)備的有效運行,這給前兆異常的判定帶來困難,故需進一步優(yōu)化資源,保護觀測環(huán)境,保障地震監(jiān)測設(shè)備的良好觀測環(huán)境,為地震預(yù)測預(yù)報工作發(fā)揮效用。
(1)巢湖14井水位陡降機理是:當(dāng)井水受觸發(fā)或處于高水位狀態(tài),井孔-含水層系統(tǒng)中的污垢(如懸浮物、微生物等)在孔裂隙中,對流體運動的阻力有著進、出的差距,即流體進入井孔的阻力小于井孔返回含水層的阻力,當(dāng)井孔水位高于含水層流體壓力達到一定限值時,平衡失效,流體突破阻力,迅速返回含水層的孔裂隙中,產(chǎn)生了伯努利效應(yīng)(李華等,2013),孔隙壓力下降,即水位降低,然后在調(diào)整的過程中,形成新的平衡狀態(tài)。
(2)井孔流體長期靜置在孔徑很小的裂隙內(nèi),容易形成上面溫度低,下面溫度高的逆溫層。當(dāng)井水受到觸發(fā)后,極容易產(chǎn)生熱對流,使得上面溫度低的流體下行,下面溫度高的流體向上運動。所以井水觸發(fā),如地震波沖擊時,水溫會先下降,后通過含水層圍巖和孔裂隙中的流體供溫而上升到新的平衡點。如果井區(qū)含水層受到地震波的沖擊蕩滌較大時,孔裂隙的狀態(tài)會發(fā)生改變,增大時,水位還可能下降,水溫可能上升。
(3)2017年8月24日巢湖14井水位陡降是一次短期的變化過程,可能該井孔長期靜置,井孔-含水層系統(tǒng)的孔裂隙中污垢淤積較嚴(yán)重結(jié)果,在外界觸發(fā)(夏季降雨)使得裂隙中的懸浮物、附著物以及泥沙雜質(zhì)等發(fā)生遷移,流水增大,產(chǎn)生的伯努利效應(yīng),它是巢湖14井水位運動的一種特殊形式,既不是地質(zhì)活動的結(jié)果,也不是震兆異常的表征。
(4)這種特殊的運動形式,可能與井孔自身結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件等相關(guān)。因此當(dāng)?shù)卣块T應(yīng)在后續(xù)施工改擴建項目施工中,高度重視周邊環(huán)境保護工作,在地震觀測井環(huán)境保護范圍內(nèi),嚴(yán)格禁止地下水開采或深井同層抽、注水、施工振動等作業(yè),以保護區(qū)域的水文地質(zhì)環(huán)境,創(chuàng)造良好的觀測環(huán)境,有效地保證觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量。
綜合上述,遠大震對該井區(qū)域內(nèi)的觀測環(huán)境、水文地質(zhì)條件及構(gòu)造環(huán)境具有一定影響,井孔-含水層系統(tǒng)在震后出現(xiàn)相應(yīng)表現(xiàn)。因此應(yīng)加強地震監(jiān)測環(huán)境保護,確保地震觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量,對地震預(yù)測預(yù)報發(fā)揮積極作用。地方政府應(yīng)依法保護地震監(jiān)測資源與環(huán)境,保護地震監(jiān)測設(shè)施,確保觀測儀器正常運行,以最大限度避免在地震監(jiān)測范圍內(nèi)的觀測環(huán)境遭受破壞,真正將地震監(jiān)測環(huán)境保護工作落到實處,實現(xiàn)地震預(yù)測預(yù)報事業(yè)可持續(xù)發(fā)展。