巢湖14井地下水位異常分析及環保意義探討

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）

關鍵字：巢湖14井；水位；異常；成因；環境保護

1 引言

巢湖14井深331m，位于安徽巢湖北郊的皖維集團內，觀測含水層270.73-301m，為泥盆紀系砂巖，屬孔隙裂隙承壓水。構造上在滁河斷裂與東關斷裂交匯處，其西側是郯廬斷裂帶。井孔區域為江淮剝蝕丘陵，地勢北高南低，山嶺多由泥盆紀沙巖組成，斜坡為灰巖，巖溶較發育。擁有數字化水位、水溫觀測手段，受降雨影響顯著。這反映該井易受外界環境影響，加強資源與周邊環境的保護作用對該井數據觀測質量尤為重要。

自1985年觀測以來，該井水位陡降主要表現為震后效應，但也有4次不是震后效應，那么研究這一類型的水位陡降異常，對地下水微動態研究有重要意義。

2 異常概述

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波動變化。曲線總體形態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。同時段內井孔水溫出現緩慢上升，幅度約0.0052°C

3 異常分析處理過程

依據地下水動態干擾異常識別的4個相關性原則，即成因上、空間上、時間上及強度上的相關性（車用太等，2011），調查組開展了現場核實工作，一檢查儀器，實測水位，其表明水位變化真實；二調查周圍環境，發現井孔周邊正進行大面積房屋拆遷，但時間上不相關，且在方面拆遷過程中未引起強振動或施工破壞井管等現象，故本次變化暫時與環境變化無關（但后續的大范圍拆遷，可能引起地面的振動，可能對該井水位觀測產生影響，因此當地政府應積極響應，快速穩妥地與拆遷公司協商，加大對觀測井周邊觀測環境保護作用，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，結果表明該井水位曾多次出現陡降異常變化，其多為震后效應，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變化過程，但與這次異常形態明顯不同。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，發現水溫也呈緩慢上升變化。

4 異常分析與結論

4.1 異常特征

（1）巢湖14井水位陡降前有一較長時間連續、緩慢上升過程；

（2）當水位上升到1.1m以上時，隨時可能發生瞬間水位陡降；

（3）當水位陡降穩定后，水位在無降水的情況下，變化緩慢，均值曲線成水平狀態，轉為正常運轉，整點值曲線水位陡降前后成“L”型。

4.2 異常分析

排除干擾后，為進一步解釋該井水位陡降異常，同時段內水溫緩慢上升變化的原因，分析井孔-含水層系統環境是否存在地質活動影響，例如井壁塌方、裂隙“張合”等作用。若井壁出現塌方，裂隙增大，水位可能會出現陡降，就承壓井而言，水位陡降后應為“恢復曲線”形態（孫佩琦等，1990），但本次異常出現陡降后水位持續平穩波動，似乎是水位在運動的過程中呈新的“平衡”狀態。當井下出現裂隙出現“張合”運動作用，水位和水溫的異常形態，都應該是呈“尖波”狀或是“幾”字型（孫佩琦等，1990），不應是“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）井水觸發波引起水溫變化情況。該井于2012-2014年間曾發生三次水位陡降異常，異常后均進行現場核實工作。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類似（圖2c、2d）。可見外界環境干擾，如強振動、爆破等可能引起井水觸發作用而引起水溫的變化，極大干擾了對異常性質的判定；而《地震監測設施和地震觀測環境保護條例》中明確規定，為保護地震監測設施及其觀測環境，充分保障地震監測預報工作的順利進行，任何單位和個人都有保護地震監測設施及其觀測環境的義務。在地震觀測環境保護范圍內的新擴建等工程項目必須重新規劃，以避免或減小影響。

（2）當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。經查UPS在15時04分已經不供電，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，故需進一步優化資源，保護觀測環境，保障地震監測設備的良好觀測環境，為地震預測預報工作發揮效用。

4.3 分析結論

（1）巢湖14井水位陡降機理是：當井水受觸發或處于高水位狀態，井孔-含水層系統中的污垢（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，產生了伯努利效應（李華等，2013），孔隙壓力下降，即水位降低，然后在調整的過程中，形成新的平衡狀態。

（2）井孔流體長期靜置在孔徑很小的裂隙內，容易形成上面溫度低，下面溫度高的逆溫層。當井水受到觸發后，極容易產生熱對流，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，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。如果井區含水層受到地震波的沖擊蕩滌較大時，孔裂隙的狀態會發生改變，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-含水層系統的孔裂隙中污垢淤積較嚴重結果，在外界觸發（夏季降雨）使得裂隙中的懸浮物、附著物以及泥沙雜質等發生遷移，流水增大，產生的伯努利效應，它是巢湖14井水位運動的一種特殊形式，既不是地質活動的結果，也不是震兆異常的表征。

（4）這種特殊的運動形式，可能與井孔自身結構、水文地質條件等相關。因此當地政府部門應在后續施工改擴建項目施工中，高度重視周邊環境保護工作，在地震觀測井環境保護范圍內，嚴格禁止地下水開采或深井同層抽、注水、施工振動等作業，以保護區域的水文地質環境，創造良好的觀測環境，有效地保證觀測數據質量。

結語

綜合上述，遠大震對該井區域內的觀測環境、水文地質條件及構造環境具有一定影響，井孔-含水層系統在震后出現相應表現。因此應加強地震監測環境保護，確保地震觀測數據質量，對地震預測預報發揮積極作用。地方政府應依法保護地震監測資源與環境，保護地震監測設施，確保觀測儀器正常運行，以最大限度避免在地震監測范圍內的觀測環境遭受破壞，真正將地震監測環境保護工作落到實處，實現地震預測預報事業可持續發展。