延慶臺五里營井泄流管憋氣的影響及解決*

王志惠 武曉東

(北京市地震局延慶地震臺，北京 102100)

延慶臺五里營井泄流管憋氣的影響及解決*

王志惠 武曉東

(北京市地震局延慶地震臺，北京 102100)

延慶臺五里營井動水位自2010年7月3日起，出現(xiàn)每日上下近50 cm的波動，氣汞、氣氡同時出現(xiàn)異常。經(jīng)分析，此異常變化是由于該井泄流管最高端憋氣造成。在泄流管最高點處開口排氣，成功地解決了因泄流管憋氣造成的干擾問題。

五里營井;動水位;泄流管;氣汞;憋氣影響

1 引言

地下流體是指活躍于地殼中的水、氣與油。它們廣泛賦存于地殼巖體的空隙之中，在各種驅(qū)動力作用下能夠自由地流動，特別是在水壓力、熱動力等作用下可由地殼深部自然地流到地表面上來。這種特性決定了它們對地殼運動，尤其是對地震的孕育與發(fā)展可能作出較為靈敏的響應。因此，觀測地下流體的各種物理化學動態(tài)變化，在地震監(jiān)測預報中占據(jù)重要地位［1］。但流體觀測受外界干擾原因較多，在異常落實過程中，有的異常容易辨別，有的卻很難判別，尤其是在干擾的排除上。筆者根據(jù)北京五里營井流體各測項的異常變化，探討其原因及排除方法。

2 井孔概況及測項情況

北京市地震局延慶地震臺五里營井地處延慶北緣的狼山-黃柏寺活動斷裂帶上，井深533．12 m，觀測層為頂板埋深501．50 m的上元古界薊縣系白云灰質(zhì)巖巖溶含水層，井水自流，水溫常年保持在34．1℃左右。五里營井自觀測記錄30多年來，觀測資料有很好的映震能力。

五里營井觀測儀器分別使用的是廣東泰德有限公司研制的TDGL-25數(shù)字水位儀、TDR-25數(shù)字測氡儀;中國地震局分析預報中心研制的RG-BQZ型測汞儀，XG-4型數(shù)字測汞儀和RG-BS數(shù)字測汞儀等。

3 測項異常變化分析

3．1 測項異常變化情況

五里營井流體測項2010年7月3日開始出現(xiàn)大幅波動異常。動水位3個小時左右由1．58 m下降到1．04 m，之后又開始緩慢回升，經(jīng)10小時左右回升到1．58 m，然后再次迅速下降，又緩慢回升，約6小時重復一次，水位始終保持在1．04～1．58 m之間，上下波動幅度達54 cm;該井氣汞、氣氡也同時出現(xiàn)異常變化，也基本上以6小時為一周期，上下波動的形態(tài)與水位基本一致;模擬水汞則未出現(xiàn)明顯的異常變化。

3．2 異常落實情況

五里營井井深533．12 m，位于承壓水層，封閉性較好，井水位動態(tài)受干擾較少，常年穩(wěn)定，幾乎不受降雨影響。水位突然出現(xiàn)這樣大幅度的異常變化，需要對其分析及干擾因素的排除。我們首先檢查了流體各儀器的數(shù)采、供電電源、連接線路等的工作情況;均未發(fā)現(xiàn)異常;然后對動水位進行目視管校測，校測結(jié)果也與數(shù)字化水位儀觀測到的變化基本一致，符合規(guī)范要求;對觀測井周邊村民的調(diào)查，也未發(fā)現(xiàn)存在與之相關(guān)的環(huán)境變化，基本可以排除儀器故障和環(huán)境變化產(chǎn)生的干擾。調(diào)查結(jié)果初步判定該異常變化來自水位的異常變化，而氣氡、氣汞的異常變化是水位異常變化造成的。

3．3 異常變化分析

圖1是五里營井動水位分鐘值曲線及氣氡、氣汞整點值曲線圖。從圖1可以看出每次動水位都是在最高點時突然下降，1分鐘之內(nèi)下降50 cm左右，然后開始緩慢回升，持續(xù)6小時左右回升20 cm，在達到一定高度后開始加速回升，半小時內(nèi)回升30 cm，達到最高水位1．58 m后再次快速下降(每日8時模擬水汞取樣時略有不同)。每一個周期的水位最高與最低值都基本相同，有很好的規(guī)律性。由于氣氡、氣汞記錄的是整點值，所以比水位變化稍微滯后，但變化頻率與水位變化完全一致。

通過對五里營井水流流經(jīng)路線圖的分析，發(fā)現(xiàn)泄流管內(nèi)存在憋氣現(xiàn)象(圖2)。從井水整體流經(jīng)線路來看，從豎直井管到泄流口形成一個相對封閉的整體。而泄流管不是水平鋪設(shè)，如果水中有氣體，就會在泄流管最高點處形成氣體聚集。在最初的幾小時，豎直井管內(nèi)的水位在升高時產(chǎn)生的壓力，壓縮水平泄流管內(nèi)集聚的氣體，由于氣體的可壓縮性，使水位在最初的6小時內(nèi)上升緩慢。經(jīng)過6小時左右的壓縮，泄流管內(nèi)氣體的可壓縮性減小，水位開始快速上升，30分鐘之內(nèi)上升30 cm。氣體在被壓縮的過程中，水中不斷有新的氣體生成集聚。當氣體聚集到一定量時從井口處排出，井管內(nèi)水流迅速回補排出氣體所占空間，造成水位快速下降。之后水中新的氣體生成，重新集聚、壓縮，下一個周期開始。我們發(fā)現(xiàn)每天8點模擬水汞取樣時，打開取水龍頭會有氣體排出，同時在透明的目視管中經(jīng)常有氣泡從水中沿目視管排出，而在此次水位異常變化前未發(fā)現(xiàn)有上述兩種現(xiàn)象。

圖1 改造前五里營井2011年6—7日流體觀測曲線Fig．1 Observation curves before the alteration of the fruid of Wuliying well

而氣氡、氣汞的異常變化，則是由水位大幅波動造成的，由于流入氣氡、氣汞脫氣裝置內(nèi)水流量發(fā)生變化。水位在最高點時流入氣氡、氣汞脫氣裝置內(nèi)的流量增大，所以氣氡、氣汞觀測值增大;當水位下降到最低點時，幾乎沒有水流進入氣氡、氣汞脫氣裝置內(nèi)，造成氣氡、氣汞觀測值變小。

圖2 延慶五里營井水流經(jīng)路線Fig．2 Water flow route of the Yanqing Wuliying well

由此判定造成各測項異常變化的原因是由泄流管的憋氣造成的。造成憋氣的主要原因是地下泄流管的設(shè)計及管道鋪設(shè)存在缺陷造成的，由于五里營井是熱水井，水中富含大量的氣體，這些氣體長期在管道中集聚，當集聚到一定量時才能迅速排出，其集聚過程中就會造成水位的變化，從而引起其他測項的異常變化。

4 解決辦法及改造效果

由于考慮重新鋪設(shè)泄流管成本太高且耗時耗力，經(jīng)過討論，決定采用類似暖氣跑風排氣的方法對泄流管進行改造。具體做法是，在水平泄流管的最高點處用鉆頭鉆開一個排氣口，口上焊接出一段高出水面的鐵管(圖2)。這樣水中氣體可以隨時從排氣管排出，不會再形成氣體大量聚集。在具體實施改造過程中，當我們鉆透泄流管時，有大量的氣體從鉆口處排出，證明在此處確有大量氣體積聚。

圖3是改造后流體各測項的觀測曲線。從圖3可以看出，經(jīng)過上述改造后的各測項觀測曲線都恢復了正常形態(tài)。水位穩(wěn)定地保持在1．44～1．46 m之間，每日變化幅度不超過2 cm，清晰地記錄到每日兩個正弦形態(tài)的固體潮。因為水位動態(tài)穩(wěn)定，氣汞、氣氡觀測曲線也恢復了正常形態(tài)，不再大幅波動。證明此次改造成功的解決了因泄流管憋氣帶來的干擾問題，收到非常理想的效果。

圖3 改造后五里營2011-02—03月流體觀測曲線Fig．3 Observation curves after the alteration of dischange pipe

5 經(jīng)驗總結(jié)

泄流管線的鋪設(shè)一定要保持水平，不能高低不平，高出處易形成氣體集聚，影響正常觀測。

1 國家地震局科技監(jiān)測司．地震地下流體觀測技術(shù)［M］．北京:地震出版社，1995．

EFFECTS AND SOLUTIONS OF DISCHARGE PIPE SUFFOCATION OF WULIYING WELL AT YANQING SEISMOSTATION

Wang Zhihui and Wu Xiaodong
(Yanqing Seismostation of Earthquake Administration of Beijing Municipal，Beijing 102100)

Dynamic water level of Wuliying well，has near 50 cm fluctuation every day at Yanqing Seismostation，Beijing from July 3，2010 and also the great fluctuation simultaneously in observation of Gas-radon and Gasmercury．Through the analysis of total system，the anomaly was caused by the suffocation of discharge pipe top．Therefore，we adopted the similar principle of heating bleed-off wind and opened the mouth in discharge pipe top．Thus we solved the disturbance successfully to ensure the observation data quality．

Wuliying well;dynamic water level;discharge pipe;gas mercury;suffocation

P315．72+8

A

1671-5942(2011)Supp．-0057-03

2011-03-09

北京市地震局項目

王志惠，女，1968年生，工程師，主要從事地震前兆觀測工作．E－mail:wangzhihuibj@163．com