寶坻新臺(tái)井水位對(duì)地下水開(kāi)采的響應(yīng)特征及機(jī)理探討

龔永儉，陳嵩，程立康，馬麗麗，李旭東

（天津市地震局，天津300201）

寶坻新臺(tái)井水位對(duì)地下水開(kāi)采的響應(yīng)特征及機(jī)理探討

龔永儉，陳嵩，程立康，馬麗麗，李旭東

（天津市地震局，天津300201）

結(jié)合對(duì)以寶坻新臺(tái)井為中心、半徑約3 km地域范圍內(nèi)的地下水開(kāi)采井的調(diào)查結(jié)果、寶坻新臺(tái)井概況和所在地區(qū)的水文地質(zhì)資料以及對(duì)重點(diǎn)影響井——楊家口村生活井的抽水實(shí)驗(yàn)，就寶坻新臺(tái)井水位對(duì)周邊地下水開(kāi)采的響應(yīng)特征進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：寶坻新臺(tái)井對(duì)周邊地下水開(kāi)采的響應(yīng)是鄰層抽水效應(yīng)的結(jié)果，井管漏點(diǎn)、含水層組間“通透”很可能也是重要的影響因素；楊家口村生活井開(kāi)采地下水時(shí)寶坻新臺(tái)井水位分鐘值曲線會(huì)出現(xiàn)下降型畸變，開(kāi)采結(jié)束后逐漸恢復(fù)，響應(yīng)的滯后時(shí)間在1 min之內(nèi)；楊家口村生活井持續(xù)開(kāi)采地下水7 h實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，寶坻新臺(tái)井水位分鐘值曲線下降型畸變持續(xù)存在，未呈現(xiàn)出“平衡狀態(tài)”；寶坻新臺(tái)井水位對(duì)周邊地下水開(kāi)采的響應(yīng)可能是由于井管存在漏點(diǎn)或井管外存在空隙的原因所致。

地下水；開(kāi)采；水位觀測(cè)；響應(yīng)；寶坻新臺(tái)

龔永儉，陳嵩，程立康，等.寶坻新臺(tái)井水位對(duì)地下水開(kāi)采的響應(yīng)特征及機(jī)理探討[J].華南地震，2015，35（2）：1-9.[GONG Yongjian，CHEN Song，CHENG Likang，etal.Study on Response Characteristics and Mechanism ofWater Level in Baodi New Seismic Station Well for Groundwater Exploitation[J].South china journal of seismology，2015，35（2）：1-9.]

0　引言

地下流體廣泛地賦存于地殼巖體的空隙之中。由于具有可自由流動(dòng)性，地下流體成為地殼動(dòng)力過(guò)程中最活躍的因素，地殼中幾乎所有動(dòng)力作用均與地下流體活動(dòng)有關(guān)，地震的孕育與發(fā)生過(guò)程也不例外。觀測(cè)地下流體的各種物理、化學(xué)動(dòng)態(tài)，一直被人類作為探索地震預(yù)報(bào)科學(xué)的有希望的途徑[1－2]。水位是地下流體學(xué)科的一個(gè)重要的物理測(cè)項(xiàng)，水位異常在多個(gè)震例中均有突出的表現(xiàn)[3-4]，車用太等[5]在對(duì)汶川MS8.0地震的震前異常研究中發(fā)現(xiàn)，地下流體異常幾乎達(dá)到全部震前異常的46%，而水位異常又約占到流體異常的40%，水位觀測(cè)的價(jià)值由此可見(jiàn)。

但是，水位觀測(cè)往往會(huì)受到各類環(huán)境因素的影響，嚴(yán)重的甚至可以導(dǎo)致非震異常的產(chǎn)生，若不能及時(shí)識(shí)別異常種類及其成因，很可能會(huì)在地震預(yù)測(cè)工作中做出誤判，給防震減災(zāi)工作造成重大的損失。因此，對(duì)觀測(cè)環(huán)境影響因素的調(diào)查要始終貫穿于整個(gè)觀測(cè)過(guò)程[6]。大量研究結(jié)果表明：地下水開(kāi)采（包括超采）是影響水位觀測(cè)的一個(gè)重要因素，但觀測(cè)井水位對(duì)周邊地下水開(kāi)采的響應(yīng)卻因“井”而異，不但響應(yīng)的形態(tài)各不相同，而且滯后時(shí)間也各異[7-22]，給異常的辨識(shí)工作帶來(lái)了困難。寶坻新臺(tái)井是寶坻地震臺(tái)搬遷工程中新開(kāi)鑿的一口基巖流體觀測(cè)井，其構(gòu)造位置條件優(yōu)越，有水位和水溫2個(gè)地下流體主測(cè)項(xiàng)。水溫測(cè)項(xiàng)曾在試觀測(cè)期間有過(guò)震前反應(yīng)，因此，很期待該井的2種地下流體觀測(cè)資料能在地震預(yù)測(cè)工作中發(fā)揮重要作用。但是，在日常觀測(cè)中筆者發(fā)現(xiàn)該井水位疑似受到周邊地下水開(kāi)采的影響。為此，筆者結(jié)合對(duì)以該井為中心、半徑約3 km地域范圍內(nèi)的地下水開(kāi)采井的調(diào)查結(jié)果、寶坻新臺(tái)井概況和所在地區(qū)的水文地質(zhì)資料以及對(duì)重點(diǎn)影響井--楊家口村生活井持續(xù)7 h的抽水實(shí)驗(yàn)，就寶坻新臺(tái)井對(duì)周邊地下水開(kāi)采的響應(yīng)特征及其機(jī)理進(jìn)行了初步研究。

1　觀測(cè)井孔及水文地質(zhì)概況

1.1觀測(cè)井孔概況

寶坻新臺(tái)井位于位于天津市寶坻區(qū)方家莊鎮(zhèn)老鴉臺(tái)村南的天津市地震局寶坻地震臺(tái)新臺(tái)址院內(nèi)，地理坐標(biāo)為N39.7°、E117.4°，海拔2.5m。在區(qū)域構(gòu)造上，該井位于寶坻斷裂北側(cè)，南距寶坻斷裂約1 km，處于寶坻斷裂與薊運(yùn)河斷裂交匯部位附近。該井所在地區(qū)屬1976年唐山MS7.8地震的牽動(dòng)區(qū)域，在唐山地震后該地區(qū)曾發(fā)生兩次MS5.0以上地震，又經(jīng)常存在小震活動(dòng)，是天津地區(qū)經(jīng)常發(fā)生中等地震活動(dòng)的地區(qū)之一（圖1）。

寶坻新臺(tái)井成井時(shí)井深523m，在井深141.2m以上為第四紀(jì)砂及粘土沉積，以下為不同風(fēng)化程度的白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r等，其中442.6～467.9m為泥巖。467.03m以上全孔水泥固井，井孔花管位于470.4～518.0 m。井孔在151.4 m處變徑，由內(nèi)徑273 mm變?yōu)?46mm（圖1）。

該井自2013年1月1日起正式進(jìn)行水位和水溫觀測(cè)。水位觀測(cè)使用的是中國(guó)地震局地殼應(yīng)力研究所生產(chǎn)的SWY-1A型數(shù)字化水位儀，儀器運(yùn)轉(zhuǎn)正常，且每月均對(duì)水位儀進(jìn)行校測(cè)，水位觀測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)、可靠。

1.2井孔所在地水文地質(zhì)概況

寶坻新臺(tái)井所在地在行政區(qū)劃上屬于天津市寶坻區(qū)，為平原區(qū)。資料顯示：天津平原區(qū)松散層自上而下劃分為5個(gè)含水組，第I含水組底界深度一般在70 m以上；第Ⅱ含水組在寶坻斷裂以南，一般底界埋深160～220 m，在寶坻斷裂以北底界埋深為110～200 m；第Ⅲ含水組底界深度260～340m；第Ⅳ含水組底界深度360～430 m；第Ⅴ含水組底界深度500～550m。第1含水組屬于淺層地下水系統(tǒng)，第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ含水組屬于深層地下水系統(tǒng)[23]。淺層地下水巖性結(jié)構(gòu)為多種巖性相間結(jié)構(gòu)或上細(xì)下粗的雙層結(jié)構(gòu)，其間粘性土隔水層分布不穩(wěn)定。水力特征為潛水、微承壓潛水或淺層承壓水，參與現(xiàn)代水循環(huán)，接受降水補(bǔ)給和蒸發(fā)排泄，再補(bǔ)給能力較強(qiáng)。各深層含水組水力特征為高水頭承壓水，由于其埋藏較深，不直接參與現(xiàn)代水循環(huán)，補(bǔ)給條件較差，主要接受側(cè)向補(bǔ)給和上部淺層水的越流補(bǔ)給，在開(kāi)采量中，彈性釋水量和弱透水層壓密釋水量占很大比重[24]。

圖1　寶坻新臺(tái)井構(gòu)造位置及鉆孔柱狀圖Fig.1 Structural location and drill histogram of Baodinew seismic station well

2　周邊主要開(kāi)采井的調(diào)查

圖2　寶坻新臺(tái)井周邊主要開(kāi)采井分布圖Fig.2 Distributionmap ofmainminingwells surrounding Baodi new seismic station well

筆者對(duì)以寶坻新臺(tái)井為中心、半徑約3 km的地域范圍內(nèi)的農(nóng)村居民生活井（即吃水井）、生產(chǎn)井和農(nóng)田灌溉井進(jìn)行了較全面的調(diào)查，主要開(kāi)采井的位置分布用Google Earth繪圖如圖2。

寶坻新臺(tái)井及周邊主要開(kāi)采井的基本參數(shù)和開(kāi)采概況如表1所示。

表1　寶坻新臺(tái)井周邊主要開(kāi)采井一覽表Table 1 List of themain m ining wells surrounding Baodinew seism ic station well

調(diào)查顯示：寶坻新臺(tái)井周邊主要開(kāi)采井是農(nóng)村居民生活井（吃水井），井深一般在90～220 m，僅方家莊鎮(zhèn)楊家口村生活井深些，為301 m。農(nóng)村居民生活井每日均開(kāi)采地下水，開(kāi)采時(shí)間相對(duì)較固定，大致在早（6：00～8：00）、中（11：00～13： 00）、晚（17：00～20：00）農(nóng)村居民做飯和吃飯期間，這主要是當(dāng)?shù)卮迕褡灾谓M織考慮村民取水方便而定。絕大多數(shù)村莊的生活井開(kāi)采是由電子自動(dòng)控制裝置來(lái)控制抽水泵的開(kāi)、關(guān)時(shí)間。絕大多數(shù)生活井全年開(kāi)采時(shí)間基本一致，抽水泵沒(méi)有更換過(guò)，故每日對(duì)地下水開(kāi)的采量大致相同；有的生活井開(kāi)采時(shí)間在夏季有增加或在冬季有減少，開(kāi)采量相應(yīng)隨之變化，但大多數(shù)月份開(kāi)采時(shí)間和地下水的開(kāi)采量穩(wěn)定。周邊農(nóng)田主要用河水灌溉，部分農(nóng)田因離河流較遠(yuǎn)或者附近河流干涸而開(kāi)采地下水灌溉。分布在農(nóng)田的灌溉井基本上是淺井，井深在80 m以內(nèi)，開(kāi)采地下水隨農(nóng)田的干旱程度及作物的生長(zhǎng)需求而變化，時(shí)間不固定，每次開(kāi)采可能持續(xù)一到數(shù)日，每次開(kāi)采地下水在量值上不固定。周邊工廠主要從事食用菌類生產(chǎn)和加工，生產(chǎn)井均為淺井，井深在80m以內(nèi)，開(kāi)采時(shí)間和開(kāi)采量隨生產(chǎn)需要而變化，短時(shí)期內(nèi)表現(xiàn)為開(kāi)采量不穩(wěn)定，但長(zhǎng)年則相對(duì)穩(wěn)定。

3　寶坻新臺(tái)井水位對(duì)地下水開(kāi)采的響應(yīng)特征

3.1日常響應(yīng)特征

在對(duì)寶坻新臺(tái)井水位數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，筆者發(fā)現(xiàn)該井水位分鐘值曲線在05:30～07:30左右和10:00～12:00左右（部分季節(jié)有錯(cuò)動(dòng)0.5 h或1 h的現(xiàn)象或個(gè)別日期有不同，特別是節(jié)假日）會(huì)出現(xiàn)一個(gè)明顯的下降型畸變。為此，筆者進(jìn)行了環(huán)境因素調(diào)查，對(duì)觀測(cè)儀器和觀測(cè)條件（特別是供電系統(tǒng)）進(jìn)行了核實(shí)和實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)寶坻新臺(tái)井水位分鐘值曲線的這種下降型畸變與觀測(cè)儀器、觀測(cè)條件均無(wú)關(guān)，從其特征來(lái)看，應(yīng)當(dāng)是對(duì)周邊地下水開(kāi)采的響應(yīng)。

寶坻新臺(tái)井水位對(duì)周邊地下水開(kāi)采的日常響應(yīng)特征在分鐘值觀測(cè)曲線上表現(xiàn)較明顯，主要表現(xiàn)為下降型畸變。由于寶坻新臺(tái)井水位對(duì)固體潮有較明顯的反映，因此，這種下降型畸變可以分為3種情形：①下降速率增大，這種情況發(fā)生在寶坻新臺(tái)井水位動(dòng)態(tài)本身就處于下降的階段；②曲線近似平直，這種情況發(fā)生在寶坻新臺(tái)井水位動(dòng)態(tài)本身接近波峰、波谷的變化階段；③上升速率減慢，這種情況發(fā)生在寶坻新臺(tái)井水位動(dòng)態(tài)本身處于上升階段。寶坻新臺(tái)井水位下降型畸變響應(yīng)一般每日均有出現(xiàn)，時(shí)間段相對(duì)固定。對(duì)寶坻新臺(tái)井水位因地下水開(kāi)采導(dǎo)致的畸變，一般肉眼可判定，也可結(jié)合固體潮理論值曲線分析和判定（圖3）。

圖3　寶坻新臺(tái)井水位分鐘值曲線（a）和固體潮理論值曲線（b）（2014-05-22）Fig.3 Minute value curve ofwater level in Baodinew seismic station well（a）and theoretical value curve of earth tide（b）（May 22rd，2014）

從圖3可以看到：寶坻新臺(tái)井水位分鐘值曲線較清晰地反映出固體潮的形態(tài)，在05:32～07:32左右、10:02～12:02左右，寶坻新臺(tái)井水位分鐘值曲線有下降型畸變出現(xiàn)，其中05:32～07:32左右水位分鐘值曲線表現(xiàn)為下降速率增大，之后是恢復(fù)和上升，在10:02～12:02左右再次出現(xiàn)下降型畸變，這次水位下降由于正處于水位上升的動(dòng)態(tài)背景，下降速率變慢（注：時(shí)間的準(zhǔn)確界定來(lái)源于中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)繪制的圖件，本文中的圖件較小稍難準(zhǔn)確識(shí)別時(shí)間邊界）。這是寶坻新臺(tái)井水位對(duì)周邊地下水開(kāi)采較典型的響應(yīng)特征。

由于寶坻新臺(tái)井水位的下降型畸變響應(yīng)在每日出現(xiàn)的時(shí)間段的相對(duì)固定性，筆者判斷這不可能是由于周邊生產(chǎn)和灌溉井導(dǎo)致，因?yàn)橹苓吷a(chǎn)和灌溉井的開(kāi)采在時(shí)間方面沒(méi)有很有強(qiáng)的規(guī)律性。因此，這很可能是農(nóng)村居民生活井的一口或幾口同時(shí)開(kāi)采導(dǎo)致。筆者根據(jù)開(kāi)采時(shí)間的調(diào)查，認(rèn)為方家莊鎮(zhèn)楊家口村生活井是重點(diǎn)懷疑對(duì)象（周邊最近的生活井為方家莊鎮(zhèn)老鴉臺(tái)村生活井，但該井的開(kāi)采時(shí)間與寶坻新臺(tái)井對(duì)地下水開(kāi)采的響應(yīng)時(shí)間不同）。筆者于2014年5月23日到楊家口村生活井現(xiàn)場(chǎng)查看，發(fā)現(xiàn)該井當(dāng)時(shí)設(shè)定的自動(dòng)抽水時(shí)間為05:30～07:30和10:00～12:00，但自動(dòng)控制裝置比北京時(shí)慢了2min。據(jù)該村負(fù)責(zé)水井工作的黨支部書記苗時(shí)謙介紹，用于控制抽水泵開(kāi)、關(guān)的電子自動(dòng)控制裝置走時(shí)不太準(zhǔn)，經(jīng)常有走慢的現(xiàn)象，村里不定期對(duì)電子自動(dòng)控制裝置校時(shí)，在村里有紅白喜事時(shí)，村內(nèi)開(kāi)泵時(shí)間延長(zhǎng)，由人工控制開(kāi)、關(guān)泵的時(shí)間。筆者對(duì)5月22日和之前幾天的寶坻新臺(tái)井水位分鐘值曲線與楊家口村生活井開(kāi)采時(shí)間對(duì)比（剔除電子自動(dòng)控制裝置走時(shí)誤差）發(fā)現(xiàn)，楊家口村生活井開(kāi)采時(shí)間與寶坻新臺(tái)井水位出現(xiàn)下降型畸變的時(shí)間基本吻合，觀測(cè)井水位對(duì)地下水開(kāi)采響應(yīng)的滯后時(shí)間基本在1min之內(nèi)。因此，基本可以判定楊家口生活井開(kāi)采是影響寶坻新臺(tái)井水位下降型畸變的主要因素。

3.2連續(xù)抽水實(shí)驗(yàn)情況下響應(yīng)特征

為了進(jìn)一步確定寶坻新臺(tái)井水位分鐘值曲線下降型畸變是對(duì)楊家口村生活井開(kāi)采地下水的響應(yīng)，以及確定在影響寶坻新臺(tái)井水位觀測(cè)的生活井持續(xù)開(kāi)采的情況下，寶坻新臺(tái)井水位分鐘值曲線是否會(huì)持續(xù)出現(xiàn)下降型畸變，最終能否達(dá)到一個(gè)“平衡狀態(tài)”（或“穩(wěn)定狀態(tài)”）。筆者在楊家口村干部的支持和配合下，對(duì)楊家口村生活井進(jìn)行了一次較長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)抽水試驗(yàn)。

抽水實(shí)驗(yàn)日期為2014年5月31日，抽水時(shí)間段為05：30～12：33，約7 h。實(shí)驗(yàn)前，在楊家口村生活井出水口處加裝一塊流量表，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控該井地下水累積開(kāi)采量。抽水實(shí)驗(yàn)采用人工控制開(kāi)、關(guān)泵的方式，并在實(shí)驗(yàn)前對(duì)寶坻新臺(tái)井?dāng)?shù)字化水位儀以及楊家口村生活井開(kāi)、關(guān)泵人員的時(shí)鐘精確校對(duì)，以確保生活井對(duì)地下水的開(kāi)采時(shí)間和寶坻新臺(tái)井的響應(yīng)滯后時(shí)間實(shí)測(cè)的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每隔15 min人工記錄一次水表底數(shù)。通過(guò)對(duì)水表走數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)楊家口村生活井平均每分鐘的開(kāi)采量穩(wěn)定，基本在0.5 m3/min。

抽水實(shí)驗(yàn)中，選擇鄰近寶坻新臺(tái)井的一口深約十余米的地電類項(xiàng)目輔助觀測(cè)井連續(xù)進(jìn)行水位測(cè)量，每15 min一個(gè)測(cè)值。筆者發(fā)現(xiàn)在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，該淺井的水位保持恒定，波動(dòng)值在5 mm以內(nèi)，屬于正常變化和人為觀測(cè)誤差的范圍內(nèi)，沒(méi)有出現(xiàn)下降變化。這說(shuō)明楊家口村生活井的開(kāi)采對(duì)淺井水位的變化沒(méi)有影響，也可以反推一定深度的淺井地下水開(kāi)采對(duì)于深井的水位觀測(cè)基本沒(méi)有影響。

抽水實(shí)驗(yàn)當(dāng)天寶坻新臺(tái)井水位分鐘值曲線如圖4（a）所示。

從圖4可以看出：寶坻新臺(tái)井水位分鐘值曲線在05：30左右處于波峰期，05：30之后楊家口村生活井抽水后，寶坻新臺(tái)井水位分鐘值曲線在05：31開(kāi)始就出現(xiàn)了下降型畸變，一直持續(xù)到抽水結(jié)束的12：33，期間在09：28抽水實(shí)驗(yàn)井短時(shí)停泵后重新啟動(dòng)，在該時(shí)間點(diǎn)，寶坻新臺(tái)井水位分鐘值曲線上出現(xiàn)一個(gè)微小的平直臺(tái)階（注：時(shí)間界定來(lái)源于中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)繪制的圖件，本文中的圖件較小稍難準(zhǔn)確識(shí)別時(shí)間邊界）。這進(jìn)一步印證了寶坻新臺(tái)井水位只對(duì)楊家口村生活井開(kāi)采地下水響應(yīng)的迅速性，其時(shí)間滯后在1 min之內(nèi)。周邊其余稍淺的井孔開(kāi)采地下水，寶坻新臺(tái)井水位則無(wú)明顯的響應(yīng)。寶坻新臺(tái)井對(duì)楊家口村生活井開(kāi)采的響應(yīng)特征為下降型畸變，時(shí)間滯后在1min之內(nèi)，實(shí)驗(yàn)7 h也未發(fā)現(xiàn)寶坻新臺(tái)井水位下降有“平衡狀態(tài)”，但似乎有相對(duì)減緩的跡象（注：圖4中水位分鐘值曲線的后4 h有畸變系由于降雨前氣壓驟變影響，與抽水實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)）。

筆者曾設(shè)計(jì)對(duì)楊家口村生活井開(kāi)采過(guò)程水位的變化進(jìn)行測(cè)量，以對(duì)寶坻新臺(tái)井水位對(duì)該生活井開(kāi)采地下水的響應(yīng)進(jìn)行定量分析。但在抽水實(shí)驗(yàn)前，筆者進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)由于該井井口較小且有變徑以及水泵管道連接部位等問(wèn)題，測(cè)鐘無(wú)法深入到水面，此項(xiàng)工作只得做罷。筆者也曾考慮采用固體潮改正的方法對(duì)水位響應(yīng)的幅度定量化，但由于楊家口村生活井每日均有抽水，而計(jì)算過(guò)程中難免要將每天抽水的影響擬合進(jìn)去，這種方法也不能得到預(yù)期的結(jié)果。因此，本項(xiàng)研究未能得到觀測(cè)井水位響應(yīng)幅度的量值。

圖4　寶坻新臺(tái)井水位分鐘值曲線（a）和固體潮理論值曲線（b）（2014-05-31）Fig.4 Minute value curve ofwater level in Baodinew seismic station well（a）and theoretical value curve of earth tide（b）（May 31st,2014）

4　機(jī)理探討

寶坻新臺(tái)井水位對(duì)楊家口村生活井地下水開(kāi)采響應(yīng)的機(jī)理探究，首先要搞清寶坻新臺(tái)井觀測(cè)層與楊家口村生活井的取水層是否處于同一含水層組。地下水是復(fù)雜的溶液。地下水的化學(xué)成份是地下水與環(huán)境長(zhǎng)期相互作用的產(chǎn)物[25]。兩口井地理位置相距較近，若水體來(lái)源于同一水層，則其主要離子的含量應(yīng)當(dāng)是相近的?？梢酝ㄟ^(guò)分別化驗(yàn)寶坻新臺(tái)井和楊家口村生活井水體中的離子含量來(lái)確定這兩口井的水力聯(lián)系。為此，筆者對(duì)這兩口井的水體離子含量進(jìn)行了取樣、分析（表2）。

表2　寶坻新臺(tái)井和楊家口村井水體離子含量表Table 2 List of the ions content in water of Baodi new seism ic station well and Yangjiakao village well

從表2可以看出：寶坻新臺(tái)井和楊家口村生活井水樣中的的鈣離子（Ca2+）、鎂離子（Mg2+）和重碳酸根離子（HCO3-）的含量較接近，而氯離子（Cl-）的含量相差則較大。很明顯，這兩口井的水體并非來(lái)源于同一含水層組。

理論上，在承壓含水層非穩(wěn)定流抽水過(guò)程中，不同深度的含水層地下水位將會(huì)受到影響而發(fā)生水位上升或下降，水位上升現(xiàn)象稱為Noordbergum effect[26]，水位下降現(xiàn)象則稱為鄰層抽水效應(yīng)[27]。觀測(cè)井孔水位對(duì)非同一含水層的地下水開(kāi)采的響應(yīng)是指在沒(méi)有發(fā)生水量交換的情況下，非抽水含水層水位隨抽水含水層水位變化而變化，其本質(zhì)是地層壓力變化引起的——當(dāng)抽水井與觀測(cè)井有水通道聯(lián)系時(shí)，抽水可引起觀測(cè)井水位降低，響應(yīng)快，影響持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)；當(dāng)抽水井與觀測(cè)井沒(méi)有水通道聯(lián)系時(shí),抽水可引起圍巖下陷，而觀測(cè)井承壓變化不大，觀測(cè)水位反而會(huì)出現(xiàn)相對(duì)視上升（實(shí)際上是圍巖下沉了，水是不可壓縮的，體積變化不大），并隨時(shí)間增長(zhǎng)影響效應(yīng)逐漸消失[28-29]。

楊家口村生活井和寶坻新臺(tái)井均在寶坻斷裂以北，各含水組的深度要比斷裂以南淺些，而在天津平原區(qū)松散層自上而下劃分為5個(gè)含水組，其中第Ⅲ含水組底界深度260～340m，第Ⅳ含水組底界深度360～430 m，第Ⅴ含水組底界深度500～ 550m。寶坻新臺(tái)井的花管位于470.4～518.0 m，觀測(cè)地下水層應(yīng)為第Ⅴ組。楊家口村生活井的井深為301 m，又處于寶坻斷裂以北，其開(kāi)采層可能為第Ⅳ組（當(dāng)然也可能是第Ⅲ組）地下水。如果楊家口村生活井開(kāi)采層為第Ⅳ組地下水，則與寶坻新臺(tái)井觀測(cè)層相鄰，若為第Ⅲ組地下水，與寶坻新臺(tái)井觀測(cè)層相隔一層。寶坻新臺(tái)井是一口性能較好的井孔，水位能夠清晰地記錄到固體潮，因此其對(duì)非觀測(cè)層地下水開(kāi)采導(dǎo)致的壓力變化會(huì)有相應(yīng)的響應(yīng)。楊家口村井對(duì)地下水開(kāi)采是間斷進(jìn)行的，而其開(kāi)采層與寶坻新臺(tái)井的觀測(cè)層可能是相鄰或接近的含水層，因此會(huì)導(dǎo)致寶坻新臺(tái)井水位分鐘值曲線的畸變產(chǎn)生。

在抽水實(shí)驗(yàn)的7 h內(nèi)寶坻新臺(tái)井水位一直出現(xiàn)下降型畸變，但在最初下降速率較大，其后似乎有相對(duì)減緩的跡象。寶坻新臺(tái)井水位在抽水實(shí)驗(yàn)的7 h內(nèi)一直沒(méi)有出現(xiàn)“平衡狀態(tài)”，筆者對(duì)此沒(méi)有定論，但認(rèn)為可能是以下原因之一或幾種因素綜合影響的結(jié)果：

（1）抽水實(shí)驗(yàn)持續(xù)7 h還不足夠長(zhǎng)。若大尺度地延長(zhǎng)抽水實(shí)驗(yàn)的時(shí)間段，寶坻新臺(tái)井水位變化的趨勢(shì)將可能更清晰。但是，由于楊家口村生活井的產(chǎn)權(quán)單位因擔(dān)心水泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)溫度過(guò)高被燒毀拒絕配合且課題經(jīng)費(fèi)少，而不得不停止進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)探索。

（2）寶坻新臺(tái)井井管在楊家口生活井的開(kāi)采層可能有漏點(diǎn)。陳嵩等曾對(duì)寶坻新臺(tái)井井管進(jìn)行過(guò)敲擊試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在敲擊井管后寶坻新臺(tái)井水位出現(xiàn)一個(gè)上升臺(tái)階，有專家懷疑該井的井管在某一層位可能有漏點(diǎn)。假設(shè)寶坻新臺(tái)井井管有漏點(diǎn)，且恰在楊家口生活井開(kāi)采層，那么寶坻新臺(tái)井水位觀測(cè)層則不完全限于花管所在的層位，楊家口村生活井開(kāi)采層與寶坻新臺(tái)井的水位觀測(cè)就有了直接的聯(lián)系，楊家口村生活井開(kāi)采時(shí)寶坻新臺(tái)井水位降低則是必然。但這僅僅是推斷，如果將來(lái)能進(jìn)行示蹤試驗(yàn)和數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)等，可望取得可靠的結(jié)果。

（3）該地區(qū)相鄰含水層組之間在局部地區(qū)有“通透”的可能。據(jù)寶坻新臺(tái)井的柱狀圖及鉆孔資料，寶坻新臺(tái)井所在地區(qū)地表141.2 m以下為不同風(fēng)化程度的白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r等，有條件在相鄰地下水層組之間形成通道。而且，在區(qū)域構(gòu)造上，寶坻新臺(tái)井南距寶坻斷裂僅約1 km，該井還處于寶坻斷裂與薊運(yùn)河斷裂交匯部位附近，寶坻斷裂和薊運(yùn)河斷裂均是較大斷裂，有一定的活動(dòng)性。另外，該井所在地區(qū)還分布有一些小斷裂。斷裂也可能造成不同含水層組之間在局部地區(qū)的相互連通。相鄰含水層在部分地區(qū)不排除有“通透”的可能，若此種情形存在，則相鄰含水層組之間的補(bǔ)給途徑可能存在越流現(xiàn)象。

5　結(jié)語(yǔ)

寶坻新臺(tái)井水位對(duì)周邊地下水開(kāi)采響應(yīng)主要受到距其約2 km的楊家口村生活井開(kāi)采地下水的影響，周邊其它淺井開(kāi)采地下水對(duì)其影響不明顯。

楊家口村生活井地下水開(kāi)采時(shí)，寶坻新臺(tái)井水位分鐘值曲線會(huì)出現(xiàn)下降速率增大、曲線近似平直、上升速率減慢3種下降型畸變，寶坻新臺(tái)井水位對(duì)楊家口生活井的地下水開(kāi)采的響應(yīng)滯后不明顯時(shí)間在1min之內(nèi)。楊家口村生活井地下水開(kāi)采結(jié)束后寶坻新臺(tái)井水位逐步恢復(fù)，恢復(fù)的時(shí)間依開(kāi)采時(shí)間段不同而不同。

楊家口村生活井持續(xù)開(kāi)采地下水7 h過(guò)程中寶坻新臺(tái)井水位下降持續(xù)，未呈現(xiàn)出“平衡狀態(tài)”，同時(shí)考慮觀測(cè)井水位效應(yīng)是下降，而不是上升。這可能是寶坻新臺(tái)井井管可能有漏點(diǎn)或隔水層不穩(wěn)定或斷層破碎帶或巖層孔隙等可能導(dǎo)致鄰近的地下水層間有“通透”所致。從響應(yīng)時(shí)間很短看，寶坻新臺(tái)井管存在漏點(diǎn)或井管外存在空隙是可能性較大的原因，但越流量較?。▋蓪踊瘜W(xué)成分存在差異）。

寶坻新臺(tái)井水位對(duì)周邊地下水開(kāi)采的響應(yīng)特征反映了鄰層或相近層地下水開(kāi)采井對(duì)水位觀測(cè)影響可能是較顯著的，在水位觀測(cè)井選址時(shí)應(yīng)盡量避開(kāi)周邊有鄰層或有相近層地下水開(kāi)采井孔的地域。

致謝：天津市地震局邵永新研究員在課題設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中提出了許多寶貴的建議，審稿專家為本文修改提出了許多寶貴的建議，在此衷心地表示感謝。另外，天津市地震局李穎楠同志承擔(dān)了抽水實(shí)驗(yàn)的部分事務(wù)性工作，李越同志承擔(dān)了抽水實(shí)驗(yàn)井和寶坻新臺(tái)井的水質(zhì)化驗(yàn)工作，在此一并致謝。

[1]國(guó)家地震局預(yù)測(cè)預(yù)防司．地震地下流體觀測(cè)技術(shù)[M]．北京：地震出版社，1994．

[2]車用太，王廣才，劉五洲，等．關(guān)于發(fā)展我國(guó)地下流體前兆流動(dòng)觀測(cè)問(wèn)題的建議[J]．國(guó)際地震動(dòng)態(tài)，2002，11：1-7．

[3]國(guó)家地震局預(yù)測(cè)預(yù)防司．地下流體地震預(yù)報(bào)方法[M]．北京：地震出版社，1997．

[4]范雪芳，劉耀煒，吳桂娥，等．華北地區(qū)水位與水氡中期、中短期前兆異常特征研究[J]．地震研究，2010，33（2）：147-158．

[5]車用太，劉成龍，魚金子，等．汶川MS8．0地震的地下流體與宏觀異常及地震預(yù)測(cè)問(wèn)題的思考[J]．地震地質(zhì)，2008，30（4）：828-838．

[6]龔永儉.地震觀測(cè)環(huán)境調(diào)查評(píng)估及監(jiān)控[J].地震地磁觀測(cè)與研究，2012，33(3/4)：235-239.

[7]李立根，李朝弼．副l、副2井水位動(dòng)態(tài)干擾因素研究[J]．地震學(xué)刊，1989，8（4）：108-109．

[8]毛春長(zhǎng)，趙永順，郭玉俊，等．晉10-1井水位短周期變化的原因[J]．山西地震，1993，15（1）：29-32．

[9]張淑亮，車用太，范雪芳，等．介休井水位異常的調(diào)查與分析[J]．地震研究，2002，25（4）：320-327．

[10]樊秀峰，吳振祥，簡(jiǎn)文彬．福州溫泉區(qū)地下熱水開(kāi)采與水位動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究[J]．中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，2004，15（4）：82-86．

[11]尹宏偉，梁麗環(huán)，韓文英，等．新澤5井水位趨勢(shì)下降分析[J]．華北地震科學(xué)，2004，22（2）：27-31．

[12]車用太，魚金子，劉成龍，等．地下流體動(dòng)態(tài)的觀測(cè)環(huán)境干擾影響距離研究[J]．國(guó)際地震動(dòng)態(tài)，2006（4）：10-16．

[13]高立新，車用太，紀(jì)建國(guó)，等．抽水對(duì)地下水位、汞、氡的影響——以古城試驗(yàn)為例[J]．西北地震學(xué)報(bào)，2006，28（2）：144-148．

[14]高業(yè)新，吳慶華，韓玉英，等．抽水含水層對(duì)非抽水含水層水位影響的效應(yīng)分析[J]．現(xiàn)代地質(zhì)，2009，23（1）：164-170．

[15]陳小云．福州市地下水開(kāi)采對(duì)華林1號(hào)井水位觀測(cè)井的干擾[J]．地下水，2010，32（4）：86-87．

[16]張學(xué)真，常安定，劉奕慧．抽水過(guò)程中井水位變化的分形特征研究[J]．西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，38（3）：218-222．

[17]鮮述東，劉麗，劉建光，等．盤錦地區(qū)水位觀測(cè)與石油開(kāi)采關(guān)系分析[J]．地震地磁觀測(cè)與研究，2011，32（5）：94-99．

[18]李桂清，吳學(xué)渝，劉兆友，等．深井熱水開(kāi)采對(duì)豫01井水位影響的探討[J]．高原地震，2011，23（4）：41-47．

[19]沈曉松，靳玉貞，孟彩菊，等．太原地震臺(tái)水位異常分析[J]．地震地磁觀測(cè)與研究，2012，33(5/6)：178-182．

[20]孫小龍，劉耀煒，馬玉川，等．魯豫交界地區(qū)深井水位持續(xù)大幅度下降原因分析[J]．中國(guó)地震，2013，29 (1)：132-141．

[21]孫小龍，劉耀煒，晏銳．云南姚安井2009年10月后水位下降的成因分析[J]．地震學(xué)報(bào)，2013，35（3）：410-420．

[22]呂芳，張淑亮，胡玉良，等．山西靜樂(lè)井水位異常調(diào)查與分析[J]．山西地震，2013，35（3）：28-31．

[23]天津市地質(zhì)礦產(chǎn)局編制．天津市地質(zhì)環(huán)境圖集[M]．北京：地質(zhì)出版社，2004．

[24]楊耀棟，李曉華，王蘭化，等．天津平原區(qū)地下水位動(dòng)態(tài)特征與影響因素分析[J]．地質(zhì)調(diào)查與研究，2011，34（4）：313-320．

[25]張人權(quán)，梁杏，靳孟貴，等．水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)（第六版）[M]．北京：地質(zhì)出版社，2011．

[26]Kim J M，Parizek R R．Numerical simulation of the Noordbergum effect resulting from groundwater pumping in a layered aquifer system[J]．Journal of Hydrology，1997，202：1-4．

[27]汪成民，車用太，萬(wàn)迪塑，等．地下水微動(dòng)態(tài)研究[M]．北京：地震出版社，1988．

[28]劉水蓮，全建軍，陳美梅，等.水位觀測(cè)資料的小波變換及異常提取[J].華南地震，2014，34（2）：128-132.

[29]王俊，王行舟，陶月潮，等.涇縣鳳村井水位異常與地震關(guān)系分析[J].華南地震，2014，34（3）：115-119.

Study on Response Characteristics and M echanism of Water Level in Baodi New Seism ic Station Well for Groundwater Exploitation

GONG Yongjian，CHEN Song，CHENG Likang，MA Lili，LIXudong
（Earthquake Administration of Tianjin Municipality,Tianjin 300201，China）

Binding on survey results of exploitation data of the wells about 3 km radius around Baodi new seismic station well，Baodi new station well profile and hydro geological data，and Yangjiakou village life well sustained pumping experiment，the paper preliminarily studies the response characteristics of water level inBaodi new seismic station well by the surrounding groundwater exploitation.The results show that:the response of water level of the Baodi new seismic station well to the surrounding wells groundwater exploitation ismainly influenced by mining of Yangjiakou village life well with about 2 km away from the new station;during the watermining in Yangjiakou village life well,minute value curve of water level in Baodi new seismic station well will decrease in distortion,and itwill gradually recover after the end ofmining with lag time less than 1 min;the descending distortion still existed in theminute value curve ofwater level of Baodinew seismic station during the sustainable exploitation experimental process of groundwater in Yangjiakou village well for 7 hours,which did not appear“balance”；the response of water level of Baodi new seismic station well to water exploitation may be due to the leak in Baodinew seismic station well pipe or the void outside thewell pipe.

Groundwater；Exploitation；Water levelobservation；Respond；Baodinew seismic station

P315.723

A

1001-8662（2015）02-0001-09

10.13512/j.hndz.2015.02.001

2014-09-27

中國(guó)地震局地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目“天津前兆臺(tái)網(wǎng)數(shù)據(jù)跟蹤分析質(zhì)量監(jiān)控與產(chǎn)出應(yīng)用研究（XH15003）”；天津市地震局局內(nèi)科研項(xiàng)目“寶坻新臺(tái)井水位對(duì)地下水開(kāi)采的響應(yīng)特征及機(jī)理研究（20131006）”

龔永儉（1972－），男，高級(jí)工程師，主要從事地震臺(tái)站流體、電磁觀測(cè)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)的研究．

E-mail：gong_123@126.com.