懷4井水氡年變動(dòng)態(tài)改變機(jī)理分析

丁志華，張素欣，盛艷蕊，張子廣

(河北省地震局，河北 石家莊 050021)

0 引言

懷4井位于延礬盆地懷來(lái)縣城南部的后郝窯熱田區(qū)，熱田區(qū)面積約4平方公里[1]，大氣降水是熱田區(qū)地下熱水的主要補(bǔ)給來(lái)源[2]。懷4井水氡測(cè)值對(duì)所處的張渤帶上的中等地震出現(xiàn)過(guò)不同程度的高值異常變化[3]。由于高強(qiáng)度的地?zé)衢_(kāi)采，導(dǎo)致該井水氡測(cè)值的變化動(dòng)態(tài)在2012年前后發(fā)生了變化。2012年前，水氡存在冬高夏低的年變形態(tài)，2012年之后變?yōu)槎拖母?。目前，?duì)于自流井水氡變化機(jī)理及影響因素的研究包括自流井的流量、壓力及取樣條件、降水、抽水、氣溫等[4-7]，對(duì)多口井同類變化形態(tài)的研究較多，而對(duì)于同一口井不同階段的不同變化形態(tài)的研究較少。該文將通過(guò)研究懷4井2012年前后熱田區(qū)的滲流特征，分析該井水氡測(cè)值在不同時(shí)期的變化機(jī)理。

1 懷3井、懷4井及后郝窯熱田區(qū)概況

懷3井與懷4井均為地震地下流體專用觀測(cè)井，1972年開(kāi)始觀測(cè)時(shí)兩口井都是自流的，懷4井開(kāi)始觀測(cè)時(shí)的水頭高度在地面以上2.6 m，懷3井的水頭高度較懷4井低，在地面以上1米多，懷3井2003年斷流，目前懷4井水位在地面以下4米多。懷3和懷4井井孔柱狀示意圖如圖1所示。懷4和懷3井的水年齡稍老，水循環(huán)較深，溫度偏高，兩井所處含水層巖性相同，厚度不同，最初測(cè)試的懷3井水氡值平均為14.8 Bq/L,懷4井約為3.8 Bq/L。

懷4井深度為500.34 m，水溫88.1 ℃，是熱田區(qū)內(nèi)井深最深、水溫最高的井孔。懷3井距懷4井120 m，華電2井距懷3井100 m，距懷4井20 m(見(jiàn)第31頁(yè)圖2)。

圖1 懷3和懷4井孔柱狀示意圖Fig.1 Column diagram of wells Huai-3 and Huai-4

熱田區(qū)內(nèi)斷層主要有北東東、北北西和北北東3組。20世紀(jì)70年代進(jìn)行了詳細(xì)的地?zé)崽锟辈?通過(guò)鉆探及多種物探與化探,查清了熱田區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造與熱水物理化學(xué)特性(河北第三地質(zhì)大隊(duì))。在北北西和北東東斷層的交匯處,往往深部地下水溫較高,可能是熱水上升的通道[8]。3條NW向斷裂的產(chǎn)狀相近，皆為正斷層(見(jiàn)第31頁(yè)表1)，認(rèn)為是在統(tǒng)一的構(gòu)造力作用下產(chǎn)生的同期斷裂，表征斷裂活動(dòng)強(qiáng)度的垂直斷距相差較大，其中F7-8最大，其次為F2、F9[9]，F(xiàn)7-8斷層穿過(guò)懷4井(見(jiàn)第31頁(yè)圖3)。熱田區(qū)水流的總趨勢(shì)是由西向東，懷4井穿過(guò)斷層產(chǎn)生地下熱水上涌通道,形成局部高水位,井水溫度亦以該井孔附近為最高，往東南方向井水溫度降低。

圖2 懷4井地理位置圖Fig.2 Geographical location of well Huai-4

表1 后郝窯熱田區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造基本特征[8]Table 1 Basic characteristics of fault structure in Houhaoyao hotfield area[8]

圖3 懷3、懷4、華電2井關(guān)系示意圖Fig.3 Diagram of wellS Huai-3, Huai-4 and Huadian-2

2 滲流特征

2.1 2012年前的滲流特征

2012年之前，華電2井抽水期間(冬季)，懷4井水氡值升高(見(jiàn)圖4)。其原因是華電2井與懷3井位于同一含水層，且同在斷層F7-8的一側(cè)(見(jiàn)圖3)，華電2井抽水強(qiáng)度大，滲流場(chǎng)由懷3井流向華電2井，通過(guò)懷4井穿過(guò)斷層形成的通道，滲入懷4含水層。由于懷3井水氡的初始測(cè)值高于懷4井含水層，故懷4井水氡在華電大量抽水期間(11月至來(lái)年3月)氡值高，即表現(xiàn)為冬高夏低。

圖4 懷4井水氡多年變化曲線圖Fig.4 Multi year change curve of water radon in Huai-4 Well

2.2 2012年之后的滲流特征

近年，后郝窯地區(qū)降雨量少、地表水量縮減[10-11]，熱田區(qū)的熱水補(bǔ)給量在減少，又由于熱田區(qū)的地?zé)衢_(kāi)采強(qiáng)度大，使熱田區(qū)的熱水儲(chǔ)量逐年減少，懷4井水流量也逐年降低，特別是90年代隨著開(kāi)采強(qiáng)度的加大，度假村規(guī)模的擴(kuò)大，引起懷4井水位大幅下降，年降幅達(dá)1 m[12]。

到2012年，由于多年熱水的過(guò)量開(kāi)采，加之華電大唐培訓(xùn)中心和帝曼療養(yǎng)院擴(kuò)大規(guī)模，新增了許多服務(wù)項(xiàng)目，用水量進(jìn)一步加大，導(dǎo)致水位下降較快，上部熱水含水層幾乎抽干(懷來(lái)縣打井隊(duì)調(diào)研)。華電2井抽水期間，含氡量高的懷3井含水層不再補(bǔ)給懷4井，懷4井水氡不再上升。同時(shí)，由于抽水影響，懷4井水位快速下降，流量不斷減小。研究表明，流量減小會(huì)導(dǎo)致水氡含量降低[13-15]。另外，冬季地溫降低，水汽上升會(huì)攜帶更多的氡溢出，導(dǎo)致水氡含量減少[13]。綜上原因，2012年以來(lái)懷4井水氡動(dòng)態(tài)變?yōu)槎拖母摺?/p>

3 結(jié)論與討論

懷4井受熱田區(qū)熱水開(kāi)采的影響，水位呈多年趨勢(shì)下降變化，受華電2井及其他高強(qiáng)度開(kāi)采的直接影響呈現(xiàn)時(shí)變性，即后郝窯熱田區(qū)的滲流特征隨著時(shí)間進(jìn)程、開(kāi)采強(qiáng)度的變化而變化，進(jìn)而影響懷4井水氡測(cè)值。

懷4井2012年前后形態(tài)不一致可能是由于影響機(jī)理發(fā)生變化。2012年之前水氡變化是懷3與懷4井兩個(gè)不同含氡水混合機(jī)理；2012年之后，熱田區(qū)的熱水急劇減少，特別是在華電大功率開(kāi)采期間，水位大幅度下降，井水流量減小，導(dǎo)致氡含量降低。又由于水汽上升，氡溢出量增加，導(dǎo)致水氡在華電2井開(kāi)采期間含氡量降低。懷4井井水“年齡較大”，說(shuō)明與淺層低氡值的冷水聯(lián)系不大，與淺層低氡冷水混合導(dǎo)致氡值降低的可能性也不大。

對(duì)懷4井水氡變化機(jī)理進(jìn)行的深入分析，為探討地下流體變化機(jī)理提供了新的思路，有利于異常的分析判定。該研究在文獻(xiàn)查閱及走訪調(diào)查、收集資料的基礎(chǔ)上開(kāi)展，對(duì)于資料間存在不一致的地方，根據(jù)已有的數(shù)據(jù)推理論證，選取可信度較高的進(jìn)行分析。