淺談不同外因?qū)ΩＶ輹x安浦東井地下水環(huán)境的影響

陳昌泳

（福州市數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)中心，福建 福州 350001）

2006年，福州市組建了地震前兆地下流體觀測(cè)網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)共有8口前兆地下流體觀測(cè)井，均安裝了數(shù)字化觀測(cè)儀器，顯著提高了觀測(cè)精度并減少了人為誤差。隨著城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，大型建筑、地下工程施工建設(shè)等對(duì)觀測(cè)場(chǎng)地造成的環(huán)境影響，以及氣象因素、儀器設(shè)備老化等原因，都給前兆觀測(cè)數(shù)據(jù)異常核實(shí)帶來了挑戰(zhàn)。如何在復(fù)雜的環(huán)境下準(zhǔn)確判斷前兆異常的成因，是異常核實(shí)工作未來的主要發(fā)展方向。本文以福州晉安浦東井為例，分析近年來幾次大幅異常的成因。

1 臺(tái)站概況

福州晉安浦東井位于福州海峽工業(yè)設(shè)計(jì)創(chuàng)意園大院內(nèi)，東經(jīng)119.35°，北緯26.07°，海拔高程6 m。觀測(cè)井井孔位于福州盆地第四系沖海相沉積物形成的小平原東側(cè)，地勢(shì)平坦，覆蓋層厚度56 m；基巖為燕山期侵入之中的粗粒花崗巖；場(chǎng)地南、北大約500 m，分別有大廟山－后嶼、飛鳳山－前嶼兩條北東、東向隱伏斷裂通過，東邊約1 000 m，為鼓山邊斷裂；受到地質(zhì)構(gòu)造及自然風(fēng)化作用，基巖風(fēng)化帶較厚，可達(dá)50 m以上。斷裂帶分布圖見圖1。該井于2006年安裝數(shù)字化觀測(cè)儀器，同年11月開展地震前兆地下流體觀測(cè)，水位傳感器下放深度為12.29 m，主測(cè)項(xiàng)為水位、水溫，輔助測(cè)項(xiàng)為氣溫、氣壓、降水量；2017年11月15日由泰德儀器更新為地殼所的SWY-2型數(shù)字水位儀，測(cè)值整體穩(wěn)定；2018年1月安裝TDL-15數(shù)字水位儀，用于對(duì)比觀測(cè)。

圖1 福州晉安浦東井?dāng)嗔褞Х植紙D

2 水位歷史數(shù)據(jù)及異常形態(tài)分析

福州晉安浦東井，系靜水位觀測(cè)井，成井于2001年3月，井深201.76 m，套管深度111.85 m，止水效果良好，能較好地隔絕地表水對(duì)水位觀測(cè)的影響。井孔中地下水為基巖裂隙承壓水，主要賦存于117.50～118.50 m、130.00～131.00 m、161.00～164.00 m、174.00～175.00 m的節(jié)理裂隙帶中，尤其是117.50～118.50 m賦水性、導(dǎo)水性較好。在每次數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，福州市數(shù)字臺(tái)網(wǎng)中心都及時(shí)趕赴現(xiàn)場(chǎng)，先根據(jù)福建地區(qū)以往的井孔水位震例進(jìn)行總結(jié)，初步判定異常性質(zhì)，再根據(jù)具體方案進(jìn)行核實(shí)[1]。

（1）收集資料：收集、研究觀測(cè)井的地質(zhì)資料和水井檔案，了解觀測(cè)井的構(gòu)造和含水層的位置；

（2）檢查儀器工作環(huán)境和工作狀態(tài)；

（3）觀測(cè)井兩套水位儀實(shí)時(shí)進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)，進(jìn)一步確定儀器狀態(tài)；

（4）將觀測(cè)井與同區(qū)域其它觀測(cè)井水位進(jìn)行對(duì)比，確定是否為大氣因素影響；

（5）將觀測(cè)井與同井水溫測(cè)項(xiàng)進(jìn)行對(duì)比分析，確實(shí)是否為單測(cè)項(xiàng)異常；

（6）通過走訪調(diào)查周邊環(huán)境，排查是否有干擾因素；

（7）根據(jù)實(shí)際情況決定是否進(jìn)行井下電視探測(cè)，并排查井下情況；

（8）根據(jù)實(shí)際情況決定是否提取本井及周邊井水樣，送國家局地殼應(yīng)力研究所檢測(cè)，分析樣本情況。

（9）在以上工作基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合分析，得出異常核實(shí)結(jié)果。

自2006年11月開始觀測(cè)以來，浦東井水位固體潮清晰，數(shù)據(jù)連續(xù)可靠，從2010年起，該井水位一直在較為平穩(wěn)的區(qū)間變化，呈現(xiàn)出較明顯的夏高冬低年變趨勢(shì)，如圖2所示。但近幾年，水位出現(xiàn)了多次顯著變化，本文列舉了兩次出現(xiàn)較大變化的形態(tài)，并加以分析總結(jié)。

圖2 2015～2022年福州晉安浦東井水位曲線對(duì)比圖

2.1 大幅異常時(shí)間段：2019年8月～2020年8月

福州晉安浦東井水位自2019年8月11日開始呈下降趨勢(shì)，至2019年底，下降速率較往年明顯偏大，最大下降幅度為1.42 m。2020年1～3月受季節(jié)性降雨影響，水位雖有所回升，但由于前期水位降幅較大，無法回升到往年的同期水平，且2020年3月后繼續(xù)持續(xù)下降，2020年8月5日達(dá)到觀測(cè)以來的最低值6.560 m。自2019年8月至2020年8月，水位整體下降幅度為1.873 m。對(duì)比該井2013年以來歷年水位曲線，2016年下半年、2019年下半年及2020年水位相比往年確實(shí)明顯偏低。

在此期間，福州市數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)中心工作人員多次到測(cè)點(diǎn)周邊摸排現(xiàn)場(chǎng)情況，2020年8月14日，福建省地震局預(yù)報(bào)中心聯(lián)合福州市數(shù)字地震臺(tái)網(wǎng)中心工作人員，到福州晉安浦東井及周邊現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)干擾情況[2]。

通過檢查觀測(cè)系統(tǒng)工作環(huán)境和工作狀態(tài)，確定井口裝置正常，未出現(xiàn)位置移動(dòng)的現(xiàn)象。2020年6月23日，對(duì)該觀測(cè)井進(jìn)行第二季度水位校測(cè)，校測(cè)結(jié)果符合水位觀測(cè)技術(shù)要求。對(duì)比同井兩套比測(cè)水位儀，均在同時(shí)段出現(xiàn)大幅下降的情況。同井的水溫?cái)?shù)據(jù)動(dòng)態(tài)正常，保持較為平穩(wěn)的上升趨勢(shì)。

如表1所示，距離福州晉安浦東井最近的是長樂營前井和連江江南井，距離分別為17 km和22 km。從圖3可以看出，福州晉安浦東井的變化形態(tài)，與長樂營前井和連江江南井的形態(tài)相似，自2019年下半年開始整體水位偏低，說明同區(qū)域整體背景變化相同；而距離相似的福清龍?zhí)锞徒稻?，與平潭北霧里井的形態(tài)類似；羅源洋后里井，因2019年8月養(yǎng)鰻場(chǎng)抽水等干擾，造成水位數(shù)據(jù)受到嚴(yán)重影響，參考價(jià)值不大。

表1 福州地區(qū)其它井距福州浦東井距離表

圖3 福州地區(qū)各井水位對(duì)比圖

每年臺(tái)風(fēng)相對(duì)集中于夏季，期間降水量較多，統(tǒng)計(jì)福州晉安浦東井2013年至2020年每年6～8月、8～10月同期的降水總量，見表2。

表2 福州晉安浦東井2013～2020年6～8月、8～10月降水統(tǒng)計(jì)表

從表2和圖4可見，浦東井自2019年下半年開始，整體降水減少，2020年6～8月及8～10月的降雨總量，相較往年同期顯著偏低。2020年6月降雨總量為199.4 mm；7月雨量減少明顯，總量為48.6 mm；8月降雨總量僅40 mm。而2019年6～8月雖降雨總量達(dá)到718 mm，但8～10月降雨很少，只有152 mm，說明水位下降的現(xiàn)象，在一定程度上還是受到2019年下半年至2020年降雨減少的影響。

圖4 福州晉安浦東井水位與降水對(duì)比圖

工作人員通過現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境排查、同地區(qū)多井水位對(duì)比、降雨影響分析，以及總結(jié)歷史震例和經(jīng)驗(yàn)，綜合分析認(rèn)為：福州晉安浦東井水位2019年8月至2020年8月，出現(xiàn)快速下降現(xiàn)象不是地震前兆異常，其變化形態(tài)與距離較近的長樂營前井、連江江南井相似，說明2019年下半年至2020年8月，相同區(qū)域背景的降水總量明顯減少，給地下水水位帶來了整體影響。

2.2 大幅異常時(shí)間段：2022年4月19日～4月20日

福州晉安浦東井水位自2022年4月19日開始呈突降形態(tài)，下降速率較大，至2022年4月20日最大變化幅度為0.327 m，見圖5。

圖5 福州晉安浦東井水位分鐘值變化曲線圖（2016～2022年）

按照異常核實(shí)方案，工作人員檢查確定觀測(cè)系統(tǒng)工作環(huán)境良好，儀器工作狀態(tài)正常。同時(shí)，對(duì)比同井同期水溫?cái)?shù)據(jù)，顯示動(dòng)態(tài)正常，保持較為平穩(wěn)的變化趨勢(shì)。在2022年4月19日水位出現(xiàn)變化期間，并無強(qiáng)降雨，氣溫、氣壓等氣象參數(shù)也無大幅變化，因此排除氣象因素的影響。工作人員對(duì)比同井兩套水位儀，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化一致，均在同時(shí)段出現(xiàn)大幅下降的情況，而福州地區(qū)其余井的水位在同期并未出現(xiàn)突降現(xiàn)象，僅福州晉安浦東井一口井有此變化，因此排除群體異常，確定為單點(diǎn)單測(cè)項(xiàng)的變化[3]。

2021年10月，離測(cè)點(diǎn)僅一墻之隔，施工單位開挖保利地產(chǎn)的商業(yè)樓盤建筑項(xiàng)目，當(dāng)時(shí)我中心已向?qū)Ψ浇ㄖ境鼍咛嵝押ㄗh不開采地下水，以保護(hù)觀測(cè)井的觀測(cè)環(huán)境，此次排查的重點(diǎn)為該工地。

經(jīng)工作人員核實(shí)，工地于2021年10月中旬入場(chǎng)初探，11月進(jìn)場(chǎng)打樁，將建設(shè)7～8棟樓，每棟樓高度不超過80 m。計(jì)劃鉆孔125個(gè)，已鉆孔的深度范圍為40～95 m，最近的鉆孔離浦東觀測(cè)井僅一墻之隔。2022年4月19日07:30至4月20日8:00，施工方用一臺(tái)5.5 kw、水管口徑55 mm的抽水機(jī)，為建塔吊進(jìn)行基礎(chǔ)開挖連續(xù)抽水作業(yè)，抽水作業(yè)時(shí)間與本井水位的突降時(shí)間基本吻合。

經(jīng)過對(duì)儀器、供電系統(tǒng)和避雷系統(tǒng)進(jìn)行檢查，并通過現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境排查、同地區(qū)多井水位對(duì)比、氣象因素影響分析，以及歷史資料和經(jīng)驗(yàn)，工作人員綜合研究分析判斷：此次福州晉安浦東井水位2022年4月19日至4月20日出現(xiàn)的快速下降現(xiàn)象不是地震前兆異常，是由離測(cè)點(diǎn)一墻之隔的建筑工地，塔吊基礎(chǔ)開挖進(jìn)行抽水作業(yè)造成的。據(jù)工作人員現(xiàn)場(chǎng)向施工方了解，后續(xù)隨著施工的進(jìn)行，抽水將繼續(xù)，觀測(cè)井觀測(cè)環(huán)境受到持續(xù)干擾的影響仍存在。

3 結(jié)論與思考

地震預(yù)報(bào)目前仍處于經(jīng)驗(yàn)性預(yù)報(bào)的階段，從前兆資料異常中甄別出有效地震異常是基礎(chǔ)且非常重要的工作。在現(xiàn)有技術(shù)、方法和認(rèn)知的基礎(chǔ)上，異常核實(shí)工作是防震減災(zāi)工作中必不可少的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其重要性在于工作人員針對(duì)出現(xiàn)的異常，從測(cè)點(diǎn)周圍地質(zhì)概況、觀測(cè)系統(tǒng)工作狀況、物理分析、基于地形地貌分析泉水補(bǔ)給及其他影響因素、區(qū)域其他測(cè)點(diǎn)的水位資料對(duì)比分析等方面進(jìn)行分析論證，能夠認(rèn)定異常性質(zhì)，找出可能的干擾因素，綜合分析變化原因，為區(qū)域震情的跟蹤和判定提供依據(jù)。隨著現(xiàn)階段城市發(fā)展規(guī)劃不斷擴(kuò)大，新建地震觀測(cè)臺(tái)站，應(yīng)該考慮更長時(shí)間尺度的規(guī)劃期，以保障測(cè)點(diǎn)的有效觀測(cè)壽命。同時(shí)，相關(guān)部門還應(yīng)積極爭(zhēng)取政府規(guī)劃部門對(duì)現(xiàn)有測(cè)點(diǎn)觀測(cè)環(huán)境的大力保護(hù)。