金小溪，吳 哲，李澤胤

（1.通遼市地震局，內(nèi)蒙古 通遼028000；2.通遼市地震監(jiān)測(cè)中心，內(nèi)蒙古 通遼028000）

0 引言

地下靜水位、深井水溫（地?zé)幔┯^測(cè)是地震預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)的重要觀測(cè)手段。地下流體觀測(cè)中所獲得的觀測(cè)數(shù)據(jù)，除包含用于地震分析預(yù)報(bào)和地震科學(xué)研究的有關(guān)信息外，還含有誤差和干擾。因此，異常的調(diào)查和落實(shí)以及干擾異常的排除和地震異常的提取是進(jìn)行地震分析預(yù)報(bào)的前提［1］。庫(kù)倫CK3井是通遼地區(qū)地震前兆觀測(cè)項(xiàng)目之一，1990 年正式投入地震前兆觀測(cè)。庫(kù)倫CK3井水位在1998年張北6.2 級(jí)地震、2003年赤峰5.9級(jí)地震和2004年錫盟5.9級(jí)地震前均表現(xiàn)出明顯的震兆異常①金小溪，白領(lǐng)利，劉宏偉，等.2008年通遼市及鄰近地區(qū)地震造勢(shì)研究報(bào)告.通遼：通遼市地震局，2007.。2013年8月份該井遷址新建，2014 年9月份投入觀測(cè)。自2015年4 月11日水位開(kāi)始出現(xiàn)大幅度下降，后每年的4月中旬至11 月上旬均會(huì)出現(xiàn)多次類似的大幅度下降變化，下降幅度達(dá)0.2～2.5m，同井觀測(cè)的水溫?cái)?shù)據(jù)同步下降，水溫下降幅度為0.05℃左右，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)造成了嚴(yán)重的干擾（圖1）。為有效排除異常，提高前兆數(shù)據(jù)質(zhì)量，更好地捕捉地震信息，通過(guò)對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)檢查，氣象因素對(duì)比分析，觀測(cè)環(huán)境調(diào)查等方面進(jìn)行研究分析，同時(shí)核實(shí)了觀測(cè)井附近干擾源。

圖1 庫(kù)倫CK3井水位、水溫分鐘值變化曲線Fig.1Water level， water temperatureminutevalue change curveof Kulun CK3Well

1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)概況

庫(kù)倫CK3井位于內(nèi)蒙古通遼市庫(kù)倫旗庫(kù)倫鎮(zhèn)。處于華北板塊與東北板塊的交匯處附近，構(gòu)造形跡復(fù)雜，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈。區(qū)域地震地質(zhì)構(gòu)造上屬于新華夏系松遼盆地北部西南緣，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)分區(qū)可劃分為三個(gè)區(qū)：大興安嶺隆起區(qū)，松遼及下遼河沉積降區(qū)，老爺嶺—遼東隆起區(qū)。各新構(gòu)造分區(qū)均由活動(dòng)斷裂或構(gòu)造活動(dòng)帶所分隔。區(qū)內(nèi)EW 向構(gòu)造形成較早，構(gòu)成主要構(gòu)造格架，并被后期構(gòu)造切割和改造，由南到北主要分布有赤峰—開(kāi)原斷裂、養(yǎng)畜牧河斷裂、西拉木倫河斷裂、烏力吉木仁斷裂等。NE—NNE向斷裂較為發(fā)育，為本區(qū)主要活動(dòng)構(gòu)造。NE向斷裂主要分布有嫩江斷裂、老哈河斷裂、雙泡子斷裂、醫(yī)巫閭山西側(cè)斷裂、朝陽(yáng)—北票斷裂及郯廬斷裂等。NW 向斷裂形成時(shí)代最新，切割EW 向和NE—NNE向斷裂，區(qū)內(nèi)分布有胡虎爾河斷裂。由于區(qū)內(nèi)第四系地層覆蓋較厚，多數(shù)斷裂只在盆地周邊有出露，而在盆地內(nèi)部主要依據(jù)航磁、重力和衛(wèi)片等地球物理異常推斷其大致走向。近年來(lái)的小震活動(dòng)及中強(qiáng)地震均發(fā)生在這些斷裂構(gòu)造的復(fù)合部位附近（圖2）。

本區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為南升北降的差異性和不均一的特點(diǎn)。井點(diǎn)北側(cè)直線距離約5km 左右，分布有近東西向展布的養(yǎng)畜牧河斷裂，并有河流分布。晚第四紀(jì)以來(lái)，該斷裂以北緩慢沉陷，其南部相對(duì)抬升，形成南部山區(qū)與松遼平原的分界線。地貌上特征明顯，河流南側(cè)為低山丘陵，而北側(cè)是松遼平原南部的沙坨沼澤間布地帶。區(qū)域內(nèi)地下水的分布主要受地質(zhì)構(gòu)造、地層、巖性結(jié)構(gòu)和氣象水文條件的控制，而盆地構(gòu)造為地下水的賦存提供了良好的環(huán)境。在這些因素的綜合作用下，形成了本區(qū)各種不同的含水層，其中賦存有各種不同類型的地下水。由于含水層結(jié)構(gòu)和補(bǔ)給條件的不同，各種不同類型的地下水其水量差異甚大。以養(yǎng)畜牧河斷裂為界，形成了截然不同的兩個(gè)水文地質(zhì)單元。北側(cè)為斷陷盆地，主要以碎屑巖類裂隙水和松散巖類孔隙水為主；養(yǎng)畜牧河斷裂以南，自侏羅紀(jì)以來(lái)長(zhǎng)期隆起為陸地，遭受風(fēng)化剝蝕，風(fēng)化裂隙發(fā)育，第四紀(jì)以來(lái)堆積了較厚的風(fēng)成黃土狀亞砂土，賦存著黃土裂隙孔隙潛水和基巖裂隙水。裂隙的富水性主要受斷裂的力學(xué)性質(zhì)、破碎的程度以及后期膠結(jié)、充填程度的控制，其富水性差異極大，水量懸殊。本區(qū)地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水、凝結(jié)水、灌水回滲和側(cè)向徑流補(bǔ)給，另外融凍水、融雪水、各含水層間的相互補(bǔ)給等也是十分重要的。地下水的排泄，主要消耗于蒸發(fā)、補(bǔ)給地表水、人工開(kāi)采和向下游區(qū)徑流，但其最主要的排泄方式則是蒸發(fā)消耗和人工開(kāi)采。由于區(qū)內(nèi)地表水貧乏，地下水成為本區(qū)主要的生活、灌溉用水水源。

2 研究對(duì)象基本情況

2.1 庫(kù)倫CK3 井基本情況

庫(kù)倫CK3井隸屬于庫(kù)倫旗科技局（地震辦），1990 年1月投入觀測(cè)。初期為人工使用測(cè)繩測(cè)鐘手動(dòng)觀測(cè)，1990 年8月安裝SW40型水位自記儀進(jìn)行水位模擬觀測(cè)。觀測(cè)項(xiàng)目于1995年通過(guò)內(nèi)蒙古自治區(qū)地震局驗(yàn)收，觀測(cè)資料自1996年開(kāi)始參加自治區(qū)級(jí)評(píng)比，曾多次獲得自治區(qū)地下水位觀測(cè)第一名及優(yōu)秀名次（圖3）。

2013年8月因城市規(guī)劃，原觀測(cè)井所處地段被開(kāi)發(fā)征用進(jìn)行了搬遷。新建井位于庫(kù)倫旗政府院內(nèi)。新建觀測(cè)井井深102 m，井孔主要出露地層為第四系粘土與侏羅紀(jì)火山碎屑巖，觀測(cè)水為基巖裂隙水（圖4）。2014年1月安裝LN-3A型數(shù)字式靜水位記錄儀，開(kāi)始靜水位觀測(cè)，2015年1月23日，安裝了SZW-1AV2004型數(shù)字式溫度計(jì)，進(jìn)行同井水溫（地?zé)幔┯^測(cè)。

圖4 庫(kù)倫CK3井井孔柱狀圖Fig.4Boreholecolumnar diagram of Kulun CK3Well

2.2 水位、水溫異常特征

庫(kù)倫CK3井水位儀器安裝初期，由于電源原因，數(shù)據(jù)時(shí)斷時(shí)續(xù)。2014 年9月21日解決了電源問(wèn)題，水位數(shù)據(jù)及后期安裝的水溫?cái)?shù)據(jù)均變化平穩(wěn)。但自2015年4 月11日水位開(kāi)始出現(xiàn)大幅度下降，后每年的4 月中旬至11月上旬均會(huì)出現(xiàn)多次類似的大幅度下降變化，下降幅度達(dá)0.2～2.5m，同井水溫?cái)?shù)據(jù)出現(xiàn)同步下降，水溫下降幅度在0.05℃左右。經(jīng)分析，在水位下降期間，每日出現(xiàn)下降的時(shí)間段具有一定的規(guī)律性，即每日上午6：00 左右開(kāi)始下降，下降臺(tái)階約持續(xù)3個(gè)小時(shí)后數(shù)據(jù)上升至原水平；下午17：00 左右開(kāi)始下降，下降臺(tái)階約持續(xù)3個(gè)小時(shí)后數(shù)據(jù)上升至原水平。同日內(nèi)下降現(xiàn)象一至兩次不定。20：00 至次日6：00無(wú)下降現(xiàn)象（圖5）。

圖5 庫(kù)倫CK3井水位分鐘值曲線圖Fig.5Minute mean valae curve of Kulun CK3 Well water level

在《地震臺(tái)站觀測(cè)環(huán)境技術(shù)要求》（GBT 19531.4-2004）中地震地下流體觀測(cè)中，允許干擾引起的動(dòng)態(tài)變化的相對(duì)幅度稱為允許干擾度。同時(shí)明確規(guī)定水位觀測(cè)的允許干擾度為10%，水溫觀測(cè)的允許干擾度為50%。為進(jìn)一步量化觀測(cè)井干擾程度，下面給出庫(kù)倫CK3井水位、水溫實(shí)際干擾度。

為計(jì)算水位、水溫日動(dòng)態(tài)中的實(shí)際干擾度，選取2018年2月23日至3月23日整點(diǎn)值（干擾前1個(gè)月正常時(shí)段），將相關(guān)數(shù)據(jù)代入下列干擾度計(jì)算公式：

Imax為干擾引起的最大值；

Nmax為正常時(shí)段最大值；

NDmax為正常時(shí)段最大變化幅度值；

計(jì)算得出水位實(shí)際干擾度n水位=1453%，水溫實(shí)際干擾度n水溫=199%。

庫(kù)倫CK3井水位實(shí)際干擾度遠(yuǎn)超出了允許干擾范圍，水溫實(shí)際干擾也超出了允許干擾范圍。

3 異常成因分析

地下流體異常是相對(duì)于正常動(dòng)態(tài)而言的。當(dāng)觀測(cè)到的動(dòng)態(tài)與已有的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)正常規(guī)律有很大的不同時(shí)，把其稱為異常動(dòng)態(tài)。這些異常變化，有時(shí)是構(gòu)造過(guò)程和地震活動(dòng)引起的，但也有觀測(cè)環(huán)境的改變引起的，甚至還可能是觀測(cè)技術(shù)系統(tǒng)的故障與觀測(cè)人員操作不當(dāng)引起的［1］。地震前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)的異常判定和落實(shí)是地震分析預(yù)報(bào)和地震科學(xué)研究的一項(xiàng)重要基礎(chǔ)工作。根據(jù)近年來(lái)井區(qū)附近地震活動(dòng)情況，同時(shí)結(jié)合多年來(lái)流體觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)，初步分析認(rèn)為庫(kù)倫CK3井水位、水溫大幅度低值異常不屬于震兆異常，應(yīng)屬于干擾動(dòng)態(tài)。通過(guò)對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)、氣象因素及觀測(cè)環(huán)境等多方面因素進(jìn)行分析，進(jìn)一步核實(shí)異常原因。

庫(kù)倫CK3井水位、水溫觀測(cè)數(shù)據(jù)呈正相關(guān)，異常變化完全同步，因此在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中重點(diǎn)監(jiān)測(cè)水位數(shù)據(jù)變化。

3.1 觀測(cè)系統(tǒng)檢查

數(shù)字化水位觀測(cè)具有采集數(shù)據(jù)信息量大，傳輸數(shù)據(jù)速度快，人為誤差小等諸多優(yōu)點(diǎn)，從而增加了水位高頻、短周期的信息量，為捕捉地震短臨異常提供了更加有利的條件。但是，數(shù)字化水位觀測(cè)也更易受到干擾，導(dǎo)致非震兆異常［2］。數(shù)字化水溫觀測(cè)也具有同樣性質(zhì)。由于數(shù)字式水位儀的觀測(cè)原理是壓力傳感，儀器自身的工作狀態(tài)、供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性等均有可能引起數(shù)據(jù)的異常變化。因此，我們首先對(duì)觀測(cè)儀器進(jìn)行檢查。儀器主機(jī)工作正常，外接220V電源、穩(wěn)壓器電源、儀器供電UPS不間斷電源、儀器電源板輸出的±15V、±5V直流電源均正常，儀器接地良好，傳感器靈敏度符合要求，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)及機(jī)房線路未發(fā)現(xiàn)異常，觀測(cè)系統(tǒng)整體運(yùn)行正常。

3.2 水位校測(cè)對(duì)比試驗(yàn)

為了進(jìn)一步明確儀器觀測(cè)數(shù)據(jù)是否真實(shí)反映地下水位變化，在觀測(cè)數(shù)據(jù)正常變化時(shí)段和數(shù)據(jù)明顯下降時(shí)段，通過(guò)人工實(shí)測(cè)進(jìn)行了多次現(xiàn)場(chǎng)校測(cè)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)誤差均在允許范圍之內(nèi)，符合規(guī)范要求。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)證實(shí)了儀器觀測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

3.3 氣象因素分析

通過(guò)庫(kù)倫旗氣象局收集到2015年至今該區(qū)的降水資料，并將降水日值與水位日均值進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)一年中水位出現(xiàn)大幅度下降變化的起止時(shí)間與降雨季節(jié)準(zhǔn)同步。但隨機(jī)選取2017年度的數(shù)據(jù)，通過(guò)詳細(xì)地對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)水位出現(xiàn)下降異常的具體時(shí)間不在降雨當(dāng)日，即水位下降與降雨基本不會(huì)出現(xiàn)在同一天內(nèi)。降水是該地區(qū)的主要地下水補(bǔ)給源之一，降水導(dǎo)致區(qū)域水位下降的可能性不大，因此可以排除降水等氣象因素對(duì)CK3井的影響（圖6）。

圖6 庫(kù)倫CK3井水位與降水量變化曲線Fig.6Water levelandprecipitationchangecurvesof Kulun CK3Well

3.4 地下水開(kāi)采的影響

庫(kù)倫CK3井位于庫(kù)倫旗政府院內(nèi)，周邊多為機(jī)關(guān)單位。庫(kù)倫地區(qū)為半干旱氣候，城區(qū)綠化灌溉用水量極大?！兜卣鹋_(tái)站觀測(cè)環(huán)境技術(shù)要求》（GBT 19531.4-2004）規(guī)定水位異常排查應(yīng)對(duì)觀測(cè)井10km 范圍內(nèi)的地下水開(kāi)采情況進(jìn)行調(diào)查。但結(jié)合井區(qū)水文地質(zhì)條件、地形地貌形態(tài)，含水層分布呈塊狀，邊界不清楚等實(shí)際，首先對(duì)以觀測(cè)井為中心的2km 范圍內(nèi)庫(kù)倫旗新城區(qū)25口水井（基本包括新城區(qū)全部抽水井）進(jìn)行走訪調(diào)查。由于該地區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，打井出水情況不確定，試探性打井較多，出水量較少的井基本廢棄不用，此類水井占調(diào)查井的三分之一（表1）。

表1 庫(kù)倫鎮(zhèn)新城區(qū)開(kāi)采井統(tǒng)計(jì)表

對(duì)觀測(cè)井周邊常用水井逐一進(jìn)行抽水實(shí)驗(yàn)。4#、11#兩口井均屬于庫(kù)倫旗園林局，井深在90m 以上，取水深度與CK3井觀測(cè)水層深度大致相同。春夏季節(jié)常用于城區(qū)綠化灌溉，且取水量較大。對(duì)4#連續(xù)進(jìn)行4個(gè)小時(shí)抽水實(shí)驗(yàn)，抽出48t水；對(duì)11#連續(xù)進(jìn)行3個(gè)小時(shí)抽水實(shí)驗(yàn)，抽出36t水。在抽水的同時(shí)對(duì)庫(kù)倫CK3井水位、水溫?cái)?shù)據(jù)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)。在抽水過(guò)程中水位、水溫均未發(fā)生明顯變化。考慮到抽水對(duì)觀測(cè)井的影響可能存在滯后效應(yīng)，停止抽水后對(duì)CK3井水位持續(xù)監(jiān)視了近4 小時(shí)，但觀測(cè)數(shù)據(jù)仍未出現(xiàn)明顯的變化。分別對(duì)17#、18#、19#、21#、22#、23#、24#、25# 進(jìn)行抽水實(shí)驗(yàn)。7月7日21：05對(duì)21#進(jìn)行抽水實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)30 分鐘，CK3井水位觀測(cè)數(shù)據(jù)從34.086m快速下降到35.716m，下降幅度達(dá)到了1.63m，停止抽水后148分鐘，觀測(cè)井水位恢復(fù)到原水平。7月19日再次對(duì)該井進(jìn)行抽水實(shí)驗(yàn)，從6：30 ～8：00的90分 鐘，CK3井水位下降了2.183m，影響十分明顯。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示18#、25#對(duì)觀測(cè)井水位影響不明顯，17#、19#、22#、23#、24#對(duì)觀測(cè)井有不同程度的影響（表2）。

表2 周邊井抽水實(shí)驗(yàn)情況

基巖裂隙含水量受裂隙發(fā)育控制，具有明顯的不均一性。22#、23# 井位于CK3井東北方向，與21#井取水深度相同，但較21#井與觀測(cè)井距離稍遠(yuǎn)，兩口井抽水對(duì)觀測(cè)井的影響不大。19#井雖然距離觀測(cè)井最近，但井深小于觀測(cè)井及21#，該井抽水對(duì)觀測(cè)井的影響并不大，應(yīng)不屬于同一含水層。距離觀測(cè)井較近且取消深度相近的21#井抽水對(duì)觀測(cè)井水位及水溫的變化有明顯的影響；距離較近但取水層不同或距離稍遠(yuǎn)取水層相近的其他井對(duì)觀測(cè)井具有不同程度的影響；距離稍遠(yuǎn)的4#、11#、25#井不論深淺均未表現(xiàn)出明顯的影響（圖7）。

圖7 觀測(cè)井及抽水井分布圖Fig.7Distribution of observation wellsandpumping wells

4 結(jié)論與討論

（1）庫(kù)倫CK3井水位、水溫自2015年以來(lái)每年4 至11月份出現(xiàn)大幅度下降應(yīng)不屬于震兆異常，是由于地下水開(kāi)采引起，對(duì)其影響較大、較明顯的是隸屬于庫(kù)侖旗財(cái)政局的21#，該井開(kāi)采水層與庫(kù)倫CK3井應(yīng)為同層地下水。分析認(rèn)為，由于井區(qū)水文地質(zhì)條件的特殊性，觀測(cè)井與21#如從一桶中取水，21#抽水時(shí)觀測(cè)井會(huì)快速下降，通過(guò)地下水的補(bǔ)給水位逐漸恢復(fù)到原來(lái)的水平。此外，17#、19#、22#、23#、24#井抽水對(duì)觀測(cè)井有不同程度的影響。

（2）我國(guó)現(xiàn)有觀測(cè)井無(wú)論硬件還是軟件質(zhì)量都亟待提高，其突出的問(wèn)題是井（泉）點(diǎn)位置不夠理想，觀測(cè)井結(jié)構(gòu)不夠合理，觀測(cè)含水層質(zhì)量不高及相關(guān)的資料不全，甚至缺少關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)［3］。庫(kù)倫CK3井所受干擾度遠(yuǎn)超出了允許干擾度，觀測(cè)井受周邊開(kāi)采井的影響較大，干擾井較多，顯然存在位置不夠理想或含水層質(zhì)量不高的弊端，建議選址新建或增加觀測(cè)井深度，避免淺層地下水開(kāi)采對(duì)觀測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)產(chǎn)生明顯影響。