利用寧波水文地質(zhì)監(jiān)測(cè)井網(wǎng)建設(shè)地下流體前兆臺(tái)陣的試驗(yàn)研究

李慧峰, 鐘羽云, 李志海, 袁寶珠, 李 蒙

(1. 寧波地震監(jiān)測(cè)中心站, 浙江 寧波 315029; 2. 浙江地震臺(tái), 浙江 杭州 310013;3. 寧波市應(yīng)急管理局, 浙江 寧波 315066)

0 引言

作為地震前兆監(jiān)測(cè)的重要學(xué)科之一,地下流體觀測(cè)能夠獲取豐富的地球動(dòng)力作用信息,如潮汐現(xiàn)象、構(gòu)造活動(dòng)、地震波、地震前兆及其他地球內(nèi)外動(dòng)力作用等信息,同時(shí)還能夠得到環(huán)境(例如溫度、氣體循環(huán))和資源(例如水資源儲(chǔ)量與質(zhì)量)變化信息,為相關(guān)的災(zāi)害、環(huán)境、資源問題的分析和研究提供重要的科學(xué)數(shù)據(jù)[1-3]。由于流體具有很強(qiáng)的信息傳遞能力,地下流體觀測(cè)在地震短臨預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)中占有比較重要的地位。因此,地下流體觀測(cè)基礎(chǔ)研究和實(shí)用技術(shù)研究是地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)發(fā)展的重要方向之一[4]。

地下水動(dòng)態(tài)在地震預(yù)測(cè)中的作用與有效性已經(jīng)得到了越來越多地震工作者的認(rèn)可[5-7],然而,要在地震發(fā)生之前確認(rèn)地下水前兆異常是一件非常困難的事情,即使是在地震發(fā)生之后也往往很難給出科學(xué)的確認(rèn)結(jié)果,這主要是由于地下水動(dòng)態(tài)受多種因素的干擾。面對(duì)眾多的干擾異常,如何對(duì)出現(xiàn)的干擾異常進(jìn)行識(shí)別與排除,如何從復(fù)雜的干擾背景下提取出地震前兆異常,無疑是當(dāng)前提高地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與地震預(yù)測(cè)效能十分突出的問題。幾十年的監(jiān)測(cè)實(shí)踐表明,及時(shí)識(shí)別與排除干擾異常,震前確認(rèn)地下水異常的前兆性,對(duì)于正確把握震情與成功識(shí)別前兆異常和預(yù)測(cè)至關(guān)重要,因此地下水異常性質(zhì)的判別是地震預(yù)報(bào)工作中非常重要的問題。監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)人員開展地震前兆異常識(shí)別的相關(guān)研究,試圖建立有效的識(shí)別與排除干擾的理論與方法的努力一直沒有停止過。車用太等[8]認(rèn)為,地下水動(dòng)態(tài)干擾異常識(shí)別需要把握成因、空間、時(shí)間和強(qiáng)度等4個(gè)方面的相關(guān)性,這一研究結(jié)果為地下流體觀測(cè)資料處理和觀測(cè)站網(wǎng)設(shè)計(jì)提供了一種思考的方向。要提高異常識(shí)別的科學(xué)性,除了針對(duì)不同特征的干擾信息建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型外,還應(yīng)布設(shè)科學(xué)目標(biāo)清晰、觀測(cè)條件清楚的觀測(cè)站網(wǎng)。然而,我國(guó)目前地下流體監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)的布設(shè)思路是原則性的,網(wǎng)的結(jié)構(gòu)也較為粗糙,在操作上有較大的隨意性[9]。建設(shè)中存在“因簡(jiǎn)就陋”的被動(dòng)建網(wǎng)(臺(tái))思想,缺乏科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的主動(dòng)布網(wǎng)(臺(tái))勇氣[10]。劉耀煒[10]認(rèn)為發(fā)展地震地下流體前兆觀測(cè)臺(tái)陣是地震地下流體科學(xué)優(yōu)先發(fā)展的內(nèi)容。前兆臺(tái)陣建設(shè)的目的是使地震前兆觀測(cè)進(jìn)一步科學(xué)化,為地震預(yù)測(cè)提供具有更加明確科學(xué)內(nèi)涵的前兆資料[11]。臺(tái)陣建設(shè)區(qū)的選擇是臺(tái)陣建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),應(yīng)該優(yōu)先選擇地質(zhì)與水文地質(zhì)條件較為清楚并具有較強(qiáng)的前兆觀測(cè)基礎(chǔ)與有條件擴(kuò)展新前兆觀測(cè)條件的地區(qū)[8]。有專家提出[12],可以在現(xiàn)有地震地下流體臺(tái)網(wǎng)的基礎(chǔ)上,與地質(zhì)、石油、煤炭、冶金、水利等非地震行業(yè)部門合作,利用其現(xiàn)成的資源井孔井,經(jīng)改造成為地震地下流體觀測(cè)井,這樣既能夠節(jié)約投入資金,又能較快建設(shè)一批新的地震地下流體觀測(cè)井。2018年寧波地震中心站開始對(duì)寧波市水文地質(zhì)監(jiān)測(cè)井網(wǎng)進(jìn)行評(píng)估和篩選,并對(duì)其中的2口水井進(jìn)行了改造,安裝了地下水位水溫觀測(cè)儀器,并依據(jù)地震地下流體觀測(cè)規(guī)范進(jìn)行了并網(wǎng),開展觀測(cè)實(shí)驗(yàn)研究。

1 地下水監(jiān)測(cè)概況

1.1 寧波盆地水文地質(zhì)特征

寧波盆地第四紀(jì)沉積層厚度50～110 m,最厚達(dá)120 m,第四系中約有6個(gè)風(fēng)化剝蝕面和高海平面形成的三個(gè)海浸層位,成因類型復(fù)雜,地層從中更新世至全新世均有發(fā)育,主要有河流相、河湖相及海相、濱海相等。平原區(qū)地下水類型有松散巖類孔隙水、孔隙裂隙水、基巖裂隙水三大類,其中松散巖類孔隙水又可分為孔隙潛水及孔隙承壓水兩個(gè)亞類;基巖裂隙水可分為風(fēng)化網(wǎng)狀裂隙水、構(gòu)造裂隙水和孔洞裂隙水三個(gè)亞類[13]。

地下水由山邊向盆地、由西南向東海有極緩慢的滲流,根據(jù)水文地質(zhì)勘探資料可分出四個(gè)含水層(組),Ⅰ含水層由上更新統(tǒng)中部砂礫石組成,厚度5～15 m,Ⅱ含水層由上更新統(tǒng)底部砂礫石組成,厚度1～15 m,原始水深 1～3 m略高于Ⅰ層水位(圖1)。Ⅰ、Ⅱ兩層在山前合成一層含淡水并與山邊淡水帶連成一體,在盆地內(nèi)兩層水被黏性土隔開。Ⅰ層水以咸水為主,局部見淡水,咸水形成于早期海侵時(shí)期,無明顯的現(xiàn)代水補(bǔ)給。Ⅱ含水層中四周被微咸水所圍,淡水體可能是海侵時(shí)封閉在含水層中的古淡水,也可能由相鄰含水層垂向越流補(bǔ)給形成[14-15]。

圖1 寧波盆地含水層剖面圖Fig.1 Profile of aquifer in Ningbo Basin

1.2 水文地質(zhì)觀測(cè)井網(wǎng)

寧波盆地水文地質(zhì)監(jiān)測(cè)工作開始于二十世紀(jì)七十年代,經(jīng)過多年的建設(shè)與發(fā)展已成規(guī)模,納入觀測(cè)的地下水監(jiān)測(cè)井共146孔,近幾年又?jǐn)U建到161孔,其中現(xiàn)有深層承壓水井36孔。承壓水井包括Ⅰ含水組的16口井,Ⅱ含水組的20口井。水井間的距離為數(shù)千米至二十多千米不等,水井網(wǎng)主要用于寧波市水文地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)。

除早期少量井孔外,井網(wǎng)井孔成井均為500 mm大孔徑鉆探,不變徑,井管止水層采用200 mm球墨鑄鐵井壁,觀測(cè)水層采用球墨鑄鐵過濾管、積沙層采用球墨鑄鐵沉淀管。止水層以黏土及發(fā)泡黏土球護(hù)壁止水,觀測(cè)水層以1～3 mm礫徑礫石水井護(hù)壁。建井內(nèi)容詳細(xì),地層柱狀清楚并有詳細(xì)成井報(bào)告,包括:開工日期時(shí)間、竣工日期時(shí)間、鉆孔深度、生產(chǎn)井深度、地面高程、大地坐標(biāo)、生產(chǎn)井下入管材說明、抽水試驗(yàn)說明、水質(zhì)分析說明等。作為示例,圖2給出了部分的含水組成井位置分布圖。

圖2 寧波市水文地質(zhì)觀測(cè)井網(wǎng)分布圖[底圖數(shù)據(jù)、圖模板來源于《浙江省區(qū)域地質(zhì)志》(地質(zhì)出版社出版)]Fig.2 Distribution map of hydrogeological observation network in Ningbo

2 地下水臺(tái)陣式觀測(cè)設(shè)想

為加強(qiáng)地震前兆監(jiān)測(cè)能力,計(jì)劃利用寧波盆地水文地質(zhì)觀測(cè)井網(wǎng)建設(shè)寧波地下流體前兆臺(tái)陣,并于2019年申請(qǐng)了中國(guó)地震局三結(jié)合課題(3JH-20190214)——《寧波盆地地震地下流體監(jiān)測(cè)網(wǎng)建設(shè)調(diào)研與優(yōu)選方案》,開展了相關(guān)研究。首先,從寧波水文地質(zhì)監(jiān)測(cè)井網(wǎng)中遴選了慈溪生態(tài)農(nóng)莊井(以下簡(jiǎn)稱慈溪井)和北侖天主教堂井(以下簡(jiǎn)稱北侖井)等2口水井架設(shè)水位水溫儀器對(duì)比莊市21號(hào)井(以下簡(jiǎn)稱莊市井)進(jìn)行試驗(yàn)觀測(cè)。

2.1 觀測(cè)井孔水文地質(zhì)背景

2.1.1 莊市井

寧波鎮(zhèn)海莊市21井于1986年開始進(jìn)行地震觀測(cè),后列入國(guó)家局區(qū)域地震水位觀測(cè)基本臺(tái)網(wǎng)。該井在寧波市鎮(zhèn)海區(qū)職業(yè)教育學(xué)校內(nèi),觀測(cè)井坐標(biāo)29°56′N,121°36′E(圖2)。該觀測(cè)井1972年成井,終孔606.14 m,后回填至孔深170 m建井保留,其水文地質(zhì)條件是寧波盆地的構(gòu)造裂隙水。2009年該井進(jìn)行洗井改造,抽水試驗(yàn)顯示,水位降深15.39 m,涌水量6.71 L/s。2014年12月,在該井安裝LN-3型數(shù)字水位儀和SZW-1A水溫儀,水溫梯度100 m降深開始測(cè)試,結(jié)果為分段短時(shí)間溫度變幅相差不大,最終水溫探頭投放深度為160 m。圖3(a)為莊市井地層柱狀及管井安裝結(jié)構(gòu)圖。

圖3 觀測(cè)井孔柱狀剖面圖Fig.3 Columnar section of three observation wells

從該井多年的觀測(cè)資料表明,該井水位觀測(cè)映震效果較好,1994年9月寧波晈口4.2級(jí)、1996年11月長(zhǎng)江口6.1級(jí)和1998年8月嵊州4.0級(jí)等地震前均出現(xiàn)了趨勢(shì)性變化異常和水位幅度降低等短臨異常[16-17]。

2.1.2 試驗(yàn)井

北侖井位于寧波市北侖區(qū)天主教堂院內(nèi),觀測(cè)井位于29°54′N,121°49′E(圖2)。該觀測(cè)井2010年成井,鉆孔84.1 m,球墨鑄鐵套管至81.5 m,其中74.0～79.5 m為過濾管,79.5～81.5 m為沉淀管。其水文地質(zhì)條件特點(diǎn)是:封止地表淺部含層水、38.7～42.5 m卵礫巖性晚更新統(tǒng)中期沖擊層、53.0～60.2 m礫砂夾黏土巖性晚更新統(tǒng)中期沖擊—洪積層;該井觀測(cè)含水層上層為74.0～79.5 m晚更新統(tǒng)早期沖擊—湖積層,其巖性為礫石夾黏土,其特征為灰褐色,松散;觀測(cè)含水層下層為79.5～84.7 m中更新統(tǒng),其巖性為黏土夾礫石,其特征為棕黃色,較密實(shí);底部為全風(fēng)化凝灰質(zhì)熔巖[圖3(b)]。該井抽水試驗(yàn)顯示,水位降深1.55 m,涌水量8.89 L/s,水溫梯度50 m降深開始測(cè)試,結(jié)果為分段短時(shí)間溫度變幅相差不大,最終水溫探頭投放深度為80 m。

慈溪井位于慈溪市長(zhǎng)河鎮(zhèn),觀測(cè)井位于30°18′N,121°10′E(圖2)。該觀測(cè)井2010年成井,鉆孔113.0 m,球墨鑄鐵套管至112.0 m,其中99.0～108.0 m為過濾管,108.5～112.0 m為沉淀管。其水文地質(zhì)條件特點(diǎn)是:封止地表淺部含層水、73.8～83.6 m松散粉細(xì)砂巖性中更新統(tǒng)中期沖擊層;該井觀測(cè)含水層為98.3～109.7 m中更新統(tǒng)早期沖擊層,其巖性為中細(xì)砂夾黏土,其特征為灰白色、松散、飽和、上部細(xì)、下部顆粒粗,局部夾薄層黏土、可塑,厚度約3 mm;底部灰褐色硬塑黏土[圖3(c)]。該井抽水試驗(yàn)顯示,水位降深2.19 m,涌水量1.56 L/s。水溫梯度60 m降深開始測(cè)試,結(jié)果為分段短時(shí)間溫度變幅相差不大,最終水溫探頭投放深度為105 m。

莊市、北侖、慈溪等3孔井水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)資料齊全,周邊無礦區(qū),所在盆地為地下水禁采區(qū),環(huán)境良好,觀測(cè)條件基本符合《地震臺(tái)站觀測(cè)環(huán)境技術(shù)要求第4部分:地下流體觀測(cè)(GB/T 19531.4—2004)》的要求(表1)。3孔觀測(cè)井內(nèi)均安裝有套管并封閉了非觀測(cè)層,水管下端設(shè)置有沉砂孔,成井后進(jìn)行了抽水試驗(yàn)和水質(zhì)簡(jiǎn)分析。井孔建設(shè)基本符合《地震臺(tái)站建設(shè)規(guī)范 地下流體臺(tái)站第1部分:水位和水溫(DB/T 20.1—2006)》的要求。

表1 觀測(cè)井孔水文地質(zhì)環(huán)境條件一覽表

2.2 試驗(yàn)井觀測(cè)結(jié)果

遴選的北侖井、慈溪井與莊市井(地震觀測(cè)井)同為寧波盆地靜水位承壓井孔,觀測(cè)項(xiàng)目均為水位、水溫觀測(cè),與莊市井相同。儀器選擇為中國(guó)地震局行業(yè)主流觀測(cè)儀器:水溫儀采用SZW-lA型系列數(shù)字式地?zé)?水溫)觀測(cè)石英溫度計(jì),儀器分辨率為0.000 1 ℃[18];水位儀采用SWY-II及型LN-3型數(shù)字式水位儀,分辨率為1 mm(表2)。

表2 井孔觀測(cè)儀器一覽表

為了分析地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)井是否可以用于地震前兆觀測(cè),將兩孔井4個(gè)測(cè)項(xiàng)數(shù)據(jù)與莊市21號(hào)井的資料進(jìn)行對(duì)比分析。2019年9月3孔井6套設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定,在氣象條件上有降雨和氣壓變化明顯等自然現(xiàn)象,采用此時(shí)間段內(nèi)數(shù)據(jù)有助分析試驗(yàn)井監(jiān)測(cè)能力。

2.2.1 水溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)比

圖4為2019年9月北侖、慈溪和莊市3孔井水溫?cái)?shù)據(jù)分鐘值曲線。從圖中可知,3孔井的水溫?cái)?shù)值離散度相近,觀測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)波動(dòng)幅度相近。由于水溫觀測(cè)非常復(fù)雜,不僅與觀測(cè)井有關(guān),即使同一口井不同層位觀測(cè),觀測(cè)數(shù)據(jù)差異性很大。另外該型號(hào)還存在儀器本身的系統(tǒng)誤差,有同井孔同埋深兩套儀器存在數(shù)值較大差異的現(xiàn)象[19],因此背景數(shù)值上存在差異。

圖4 寧波盆地3孔井水溫分鐘值記錄曲線Fig.4 Minute value curve of water temperature of three wells in Ningbo Basin

2.2.2 水位數(shù)據(jù)對(duì)比

圖5為2019年9月莊市、北侖、慈溪等3孔井水位數(shù)據(jù)分鐘值曲線及其傅里葉頻譜。圖中顯示3孔井水位分鐘值曲線均含有低頻和半日波頻率2個(gè)優(yōu)勢(shì)頻率成分。半日波頻率反映了3孔水井均能記錄到清晰的半日周期固體潮,但固體潮幅度有差異,莊市井幅度最大,北侖井次之,慈溪井最小。低頻成分可能反映了2次降雨引起的水位變化,3孔井水位變化趨勢(shì)相近但局部存在差異,特別是在21日降雨載荷變化上尤為明顯,可能是雨量載荷在地質(zhì)覆蓋層介質(zhì)差異性的體現(xiàn)。此外,莊市井水位分鐘值曲線還包含有較為明顯的日波頻率成分,說明該井水位能夠較好地記錄到日波固體潮汐,其他2口井則記錄不明顯。

圖5 寧波盆地3孔井靜水位分鐘值曲線及其傅里葉頻譜Fig.5 Minute value curve and Fourier spectrum of static water level of three wells in Ningbo Basin

2.3 試驗(yàn)井評(píng)價(jià)

計(jì)算北侖井和慈溪井水位的氣壓效率、降雨載荷效應(yīng)及潮汐因子,并與莊市井的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比,分析水位氣壓與含水層覆蓋層壓縮系數(shù)的差異性,并對(duì)觀測(cè)精度進(jìn)行評(píng)價(jià)[20]

2.3.1 氣壓效應(yīng)

2019年9月10—20日水位無降水影響,使用別爾采夫?yàn)V波方法將水位、氣壓小時(shí)值觀測(cè)序列的趨勢(shì)項(xiàng)和高頻部分分離出來,計(jì)算該時(shí)間段內(nèi)3孔井的氣壓校正值,即

yt-5+yt+8+yt-8+yt+0+yt-10+yt+13+

yt-13+yt+18+yt-18)

(1)

yi=yt-Bp(Pt-Pc)

(2)

式中:yt為水位日值或小時(shí)值,單位為m;Pt為氣壓日值或小時(shí)值,單位為hPa;Bp為井的氣壓系數(shù),單位為m/hPa;Pc為氣壓基值常數(shù),選擇為1 000 hPa。計(jì)算結(jié)果列于表3。承壓井水位變化與氣壓呈負(fù)相關(guān),從分鐘值采樣率計(jì)算數(shù)據(jù)顯示,莊市井氣壓與水位相關(guān)性明顯大于北侖、慈溪井,這可能是由于莊市井為盆地更深層的白堊紀(jì)基巖構(gòu)造裂隙水層,與北侖、慈溪井含水層不同。

表3 3孔井水位的氣壓系數(shù)(單位:m/hPa)

2.3.2 降雨荷載效應(yīng)

2019年9月1—7日寧波盆地有持續(xù)降雨過程,8—20日天氣放晴,21日3時(shí)21分起該區(qū)域又開始降雨,24小時(shí)內(nèi)雨量達(dá)到67 mm,22日17時(shí)31分雨止轉(zhuǎn)晴,累計(jì)降雨73.5 mm,為暴雨級(jí)。從北侖井、莊市井、寧波站三處降雨量記錄分析在寧波盆地范圍內(nèi)降雨時(shí)間與降水量差異性不大。21日暴雨事件對(duì)北侖井、慈溪井和莊市井3口井均造成了水位上升,而影響水位上升的主要因素包括地表水滲透補(bǔ)給和地表荷載等。由于3孔井觀測(cè)的第Ⅱ含水層無明顯的現(xiàn)代水補(bǔ)給,加上在成井時(shí)均使用了套管封井,大大減少了含水層與地表水之間的直接水力聯(lián)系。因此本文假設(shè)3口井的水位上升是由于降雨形成了地表荷載,通過力的傳遞,影響到含水層,致使含水孔隙水壓加大,引起井水位相應(yīng)地上升,井孔水位上升是降雨荷載效應(yīng)作用的結(jié)果[22]。為分析3口孔井21—23日地表降雨荷載對(duì)地下水變化的影響,計(jì)算沒有降雨時(shí)段的固體潮和氣壓系數(shù),以及氣壓為1 000 mbar,固體潮為0 μgal的水位基值。假設(shè)降雨前某小時(shí)水位的實(shí)測(cè)值為Y1,相應(yīng)的氣壓、固體潮為Q1和G1,則氣壓 1 000 mbar,固體潮為0 μgal的水位基值為

Y0=Y1-BQ×Q1-BG×G1

(3)

式中:BQ為氣壓系數(shù)(由水位埋深求得的BQ為正值);BG為固體潮系數(shù)(為負(fù)值)。

水位的預(yù)測(cè)值Y(t)和W2(t)分別為

Y(t)=Y0+BQ×Q(t)+BG×G(t)

(4)

W2(t)=W(t)-Y(t)

(5)

式中:Q(t)、G(t)分別為t時(shí)刻的氣壓、固體潮值;W(t)為實(shí)測(cè)水位;W2(t)為受降雨附加應(yīng)力影響產(chǎn)生的水位變化。

通過對(duì)實(shí)測(cè)水位與預(yù)測(cè)水位的差W2(t)與降雨量的相關(guān)分析,得到相關(guān)系數(shù)R和系數(shù)B,其中B表示當(dāng)降雨量為1 mm時(shí)相應(yīng)水位上升的米數(shù),通過分鐘采樣率計(jì)算結(jié)果列于表4。

表4 3孔井水位的降雨載荷系數(shù)

結(jié)果表明,莊市井和北侖井的降雨載荷系數(shù)數(shù)值比較接近,即這2口井的載荷作用相近。慈溪井的降雨載荷系數(shù)較小,小于莊市井和北侖井,這可能與慈溪井位于1960年代圍海造田的灘涂地有關(guān)。事實(shí)上,表4的結(jié)果很好地反映了載荷系數(shù)承壓是不同地質(zhì)覆蓋層介質(zhì)差異性的表現(xiàn)[23]

2.3.3 潮汐因子與相位差

固體潮的力源主要來自月亮、太陽(yáng)等天體的引潮力,是能夠預(yù)先準(zhǔn)確計(jì)算出理論值的地球物理現(xiàn)象。一個(gè)好的承壓井的地下水位的變化能夠反映出地球潮汐體應(yīng)變的變化。因此,可以用體應(yīng)變固體潮的理論值來模擬地下水位的變化,對(duì)地下水位進(jìn)行擬合檢驗(yàn),糾正觀測(cè)中可能存在的錯(cuò)誤,檢查、衡量和評(píng)價(jià)固體潮觀測(cè)資料的質(zhì)量,提取固體潮和地震前兆的特征信息。

水位的固體潮改正采用小時(shí)值Venedikov調(diào)和分析法,分析固體潮中占主要成分的主太陰半日波M2和主太陰日波O1波[24]。以固體潮體應(yīng)變作為基準(zhǔn)值,對(duì)水位小時(shí)值觀測(cè)序列進(jìn)行固體潮日波、半日波分析,計(jì)算水位固體潮系數(shù)Bθ與相位差Δφ。

(6)

式中:h(M2)為M2波的理論振幅;h(O1)為O1波理論振幅。水位固體潮系數(shù)的單位為mm/10-8,相位差的單位為度。水位固體潮校正公式:

Hi=Ht-BθΘ(t-Δtθ)

(7)

式中:Ht為水位小時(shí)值序列;Bθ為固體潮系數(shù);Θ(t-Δtθ)為較正點(diǎn)提前Δtθ的體應(yīng)變固體潮。潮汐因子和潮汐相位差通過分鐘值采樣率計(jì)算結(jié)果列于表5。結(jié)果顯示,莊市井潮汐因子大于0.5 mm/10-9,優(yōu)于北侖井和慈溪井,總體上3孔井在我國(guó)地震井水位觀測(cè)網(wǎng)監(jiān)測(cè)效能評(píng)估統(tǒng)計(jì)中,水位記錄固體潮觀測(cè)精度屬中上水平的井孔[25]。

表5 3孔井水位的潮汐因子及潮汐因子誤差與相位差

三孔井的潮汐變化存在相位差。莊市井首先出現(xiàn)峰值和谷值,約在0.2 h、1.0 h后北侖井、慈溪井分別出現(xiàn)峰值和谷值。3孔井的潮汐變化從時(shí)間軸上莊市井相位與北侖教堂井相近,早于慈溪井。

3 結(jié)論與討論

從寧波水文地質(zhì)監(jiān)測(cè)井網(wǎng)中遴選了北侖井和慈溪井進(jìn)行水位和水溫試驗(yàn)觀測(cè),分析計(jì)算了水位的氣壓效率、降雨載荷效應(yīng)和潮汐因子,并與同處于寧波盆地的映震效果較好的莊市井的相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比,總結(jié)如下:

(1) 北侖井、慈溪井和莊市井均為承壓水井,靜水位觀測(cè)曲線均能記錄到清晰的固體潮,且水位變化趨勢(shì)具有很好的一致性,特別在試驗(yàn)期間同步觀測(cè)到了2次降雨干擾,反映了3口水井的水位變化在時(shí)間上和空間上均有很好的相關(guān)性,也反映了3口水井水位異常動(dòng)態(tài)與其影響因素之間存在很好的成因上的關(guān)聯(lián),這為地下水干擾識(shí)別打下了很好的資料基礎(chǔ)。

(2) 莊市井的潮汐因子、氣壓系數(shù)和荷載系數(shù)等3個(gè)參數(shù)在3孔井中都是最大的,說明莊市井記錄固體潮的靈敏度最高,受氣壓和降雨荷載的影響最大,這可能是因?yàn)榍f市井觀測(cè)的是白堊紀(jì)基巖裂隙承壓水,而北侖井和慈溪井觀測(cè)的是寧波盆地上更新統(tǒng)海侵時(shí)封閉含水層的Ⅱ含水層。

(3) 慈溪井的降雨載荷系數(shù)比莊市井和北侖井的大約小一個(gè)量級(jí),氣壓系數(shù)則比莊市井的小2個(gè)量級(jí),半日波潮汐相位差最大,說明該井水位受氣壓和荷載的影響最小,對(duì)外因的響應(yīng)也最慢。這可能與該井底部為灰褐色黏土,其彈性變形能力不如莊市井的白堊紀(jì)基巖、北侖井的全風(fēng)化凝灰質(zhì)熔巖那么強(qiáng)有關(guān)。

井孔的潮汐因子、氣壓系數(shù)和荷載系數(shù)很好地反映了地下水類型、井孔巖性等,這3個(gè)參數(shù)為以后從井網(wǎng)中進(jìn)一步遴選地震觀測(cè)井提供了科學(xué)依據(jù)。寧波地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)水井網(wǎng)161口水井均位于含有多個(gè)含水層的寧波盆地,井網(wǎng)為在同一構(gòu)造中開展不同含水層(組)觀測(cè)和基礎(chǔ)研究提供了可能,為建立地下水干擾剔除理論模型、研發(fā)地震前兆異常識(shí)別技術(shù)、開展區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)研究等提供了很好的條件。寧波水文地質(zhì)監(jiān)測(cè)井網(wǎng)由寧波市自然資源和規(guī)劃局建設(shè),井孔資料齊全,監(jiān)測(cè)的含水層組別或?qū)游环浅Ｇ宄?duì)北侖井、慈溪井開展的地震流體試驗(yàn)性觀測(cè)表明,可以從水井網(wǎng)中遴選出合格的地震前兆監(jiān)測(cè)井,在該地區(qū)建設(shè)地震地下流體臺(tái)陣是完全可行的。