福州閩侯旗山井水位異常分析

朱繼承 鄧 聰 王曉 鄭辰禾

(福建省地震局，福建 福州350003)

地震地下流體前兆是指與地震孕肓、發(fā)生或構(gòu)造活動有直接聯(lián)系的，賦存于地殼巖體空隙中的水、氣、油等物質(zhì)。目前大陸地下流體前兆和物理力學(xué)機(jī)制，主要是基于強(qiáng)震孕肓的動力學(xué)原理，即在區(qū)域應(yīng)力作用下，地殼介質(zhì)受到力的作用而發(fā)生變形破壞時，賦存于介質(zhì)中的流體在動力作用、熱力作用和化學(xué)作用下靈敏響應(yīng)介質(zhì)的動態(tài)變化。在處理前兆數(shù)據(jù)跟蹤分析工作中，前兆觀測數(shù)據(jù)資料出現(xiàn)的異常有很多原因，有可能是真正的地震前兆的信息，也有可能是觀測儀器、環(huán)境干擾、人為干擾的影響，所以在對前兆觀測資料出現(xiàn)異常時，如何對有異常資料進(jìn)行識別分析和處理很重要[1-2]。

1 臺站概況

觀測井概況:

閩侯旗山井位于南嶼鎮(zhèn)五都村小學(xué)北面，臺址位于福建省閩侯縣南嶼鎮(zhèn)五都村。閩侯旗山井建于2003 年9 月，該井地處南嶼鎮(zhèn)五都村屬于福州盆地西部邊緣，地勢平坦，上部地層由第四系全新統(tǒng)淤泥、上更新統(tǒng)卵石及更新統(tǒng)殘積土組成；根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，場地基巖為侏羅系南園組凝灰熔巖，距場地約50 米的五都北面山體——旗山支脈為燕山期花崗巖，該村西部有一北北東向斷裂通過。海拔高程10m，井孔含水層為侏羅系強(qiáng)風(fēng)化-微風(fēng)化角礫凝灰熔巖，井孔柱狀圖（見圖1）。

圖1 閩侯旗山井井孔柱狀

圖2 閩侯旗山井2017 年1 月9 日份水位分值

圖3 閩侯旗山井12 月份水位分值

圖4 閩侯旗山井12 月份靜水位和降雨量分值

2 水位異常變化

閩侯旗山井水位觀測值日變化固體潮特征明顯,日變幅度在0.012m 左右（圖2）。而2017 年12 月1-3 日、9-12 日、23-27 日，日變無固體潮特征，整個曲線形態(tài)呈斜線下降變化，最大變化幅度達(dá)0.45m（圖3）。5-8 日、14-17 日、29-31 日水位測值呈斜線上升變化。此次水位觀測曲線出現(xiàn)斜線下降和上升的變化是否為地震前兆異常，臺站工作人員及時進(jìn)行異常排查和落實(shí)相關(guān)的工作。

3 異常排查

3.1 觀測系統(tǒng)工作環(huán)境和工作狀態(tài)檢查

供電系統(tǒng)參數(shù)檢查過程該井儀器供電是由交流電源經(jīng)過蓄電池，轉(zhuǎn)換為直流電，直流電壓12-13V（10.5～15V 條件下正常工作），通過對閩侯旗山觀測井的儀器設(shè)備進(jìn)行檢查，儀器設(shè)備電源、電壓運(yùn)行正常，未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象[4-5]。2017 年12 月27 日水位現(xiàn)場校測，校測結(jié)果：σ1=0.0006m,|△H'|=0.0238m,△H=0.0317m,σ1<0.005m，|△H'|<△H，校測結(jié)果符合學(xué)科要求?？梢耘懦^測系統(tǒng)和工作狀態(tài)因素。

3.2 氣象因素

2017 年12 月份的閩侯旗山井觀測的雨量資料數(shù)據(jù)，降雨總量14.6mm（見圖4）。根據(jù)觀測的降雨數(shù)據(jù)分析，降雨情況比較正常。12 月份的水位多次斜線下降，應(yīng)不是因季節(jié)性的干旱引起水位下降，故可以排除氣象因素。

3.3 周邊環(huán)境情況調(diào)查

臺站觀測人員向旗山井附近走訪群眾調(diào)查，周邊近期沒有基建或工程施工，并且村民家家均通自來水，未聽說附近村民有打水井的情況。村民介紹附近有一個處養(yǎng)魚塘，臺站工作人員前往魚塘并向養(yǎng)魚塘工作人員了解情況，該魚塘距離閩侯旗山觀測井大約210 m 處，魚塘占地面積大約20 畝，魚塘以前打過2 口機(jī)井，一口井深20 米，另一口井深50 米左右。一方面根據(jù)地理位置分析，魚塘二口井處在流體觀測井下游，另一方面井深50 米左右的井，可能與觀測井處同一含水帶，根據(jù)連通管原理，該井抽水會對觀測井造成影響，此懷疑其為干擾源。閩侯旗山井地下流體觀測井和魚塘抽水井位置(圖5)。

4 異常分析

4.1 氣壓干擾分析

短時氣壓的急劇變化可能對數(shù)字水位儀觀測資料造成影響，具體體現(xiàn)在，氣壓日均值絕對變化量高于某個數(shù)值后引起水位值的突升或突降（邱永平，2011），在以往觀測中不乏此類現(xiàn)象。車用太等（1985）提出：“承壓井水位對大氣壓力的響應(yīng)，是由于大氣壓力大于含水層中水的孔隙壓力增（減）量，井含水層系統(tǒng)為達(dá)到力平衡而引起消失互相滲流，從而引起觀測井孔中水位的動態(tài)改變”。相關(guān)研究也表明，在靜水位觀測井中，氣壓效應(yīng)比較明顯，表現(xiàn)為氣壓增大時，井孔水位下降；氣壓減小時，井孔水位上漲，即水位變化與氣壓變化之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。從圖6 上可以看出2017 年12 月份的閩侯旗山井的出現(xiàn)多時段水位突降，而同時段的氣壓屬動態(tài)正常變化, 未出現(xiàn)突增或突降變化，也沒有明顯的持續(xù)增大的變化。所以可以排除氣壓干擾影響。

圖5 閩侯旗山井與魚塘抽水井位置衛(wèi)星地圖

圖6 閩侯旗山井靜水位和氣壓分值

4.2 觀測數(shù)據(jù)對比分析

2017 年12 月份閩侯旗山井靜水位出現(xiàn)多個時段斜線下降的異常變化，為了進(jìn)一步落實(shí)異常，分析同井其它測項(xiàng)同時段是否也存異常變化。對同井同時段深層水溫測項(xiàng)（傳感器投放深度為85m）和靜水位觀測項(xiàng)觀測值進(jìn)行對分析，從圖7 中可以看出深層水溫12 月份動態(tài)變化正常未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。

圖7 閩侯旗山井靜水位和深層水溫分值對比

4.3 魚塘抽水時間分析

為了進(jìn)一步確認(rèn)旁邊魚塘抽水的具體情況，臺站工作跟魚塘人員進(jìn)行核實(shí)抽水時間情況，后他們承認(rèn)12 月份因生產(chǎn)需要，2017 年12 月1-3 日、9-12 日、23-27 日，二口水井都有進(jìn)行多個時段長時間進(jìn)行抽水，而且每次抽水時間都比較長。通過詳細(xì)了解核對，魚塘抽水的時間和頻率與閩侯旗山井水位測值下降時間段基本相吻合。

5 結(jié)論

通過對閩侯旗山井水位觀測資料異常的排查和落實(shí)，資料異常并非地震前兆異常[6-8]，而是旁邊魚塘長時間大量抽取地下水，引起觀測井水位測值斜線下降，2017 年12 月份水位多次斜線下降與魚塘抽水的時間基本上相一致。雖然這次的異常資料的原因是查找到了，但是值得我們思考，如何能夠更好的保護(hù)好我們地震臺站觀測井的周邊環(huán)境，應(yīng)加強(qiáng)地震觀測井周邊環(huán)境的排查, 發(fā)現(xiàn)問題積極溝通處理。保證地震儀器觀測資料的連續(xù)性和準(zhǔn)確性, 為今后地震事業(yè)的資料分析、研究及預(yù)測提供可靠保障。