四川鹽源干海雙井水位觀測(cè)干擾分析

蔣川　楊志鵬　王登偉　文朗　李祥豪　李瑞瑞

摘要依據(jù)觀測(cè)日志、降雨、水溫監(jiān)測(cè)和周邊調(diào)查，對(duì)四川鹽源干海雙井水位觀測(cè)干擾事件進(jìn)行了詳細(xì)的分類，按分類統(tǒng)計(jì)了干海井和干海機(jī)井干擾特征，以更加準(zhǔn)確有效地識(shí)別與排除干擾。針對(duì)發(fā)生最為頻繁的且對(duì)正常觀測(cè)影響最大的堵塞和人為清洗干擾提出了初步技術(shù)解決方案。氫氧同位素分析結(jié)果表明雙井井水受大氣降雨補(bǔ)給，可通過收集降雨、河水資料來識(shí)別降雨干擾。

關(guān)鍵詞水位觀測(cè)；干擾分析；鹽源縣鹽井街道

中圖分類號(hào)： P315.63文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)：2096-7780（2023）06-0268-10

doi：10.19987/j.dzkxjz.2023-014

Analysis of interference of water level observation at Ganhai double wells in Yanyuan County， Sichuan Province

Jiang Chuan1），Yang Zhipeng1），Wang Dengwei1），Wen Lang1），Li Xianghao1），Li Ruirui2）

1） Xichang Earthquake Monitoring Center Station of Sichuan Earthquake Agency， Sichuan Xichang 615022， China

2） Earthquake Prevention and Disaster Mitigation Service Center in Liangshan Prefecture， Sichuan Xichang 615022， China

Abstract Accordingtotheobservationlogs，precipitation，temperaturemonitoringandsurroundinginvesti- gation，the interference events are classified in detail for the water level observation of the double wells in Ganhai to identify and eliminate interference more accurately and effectively. A preliminary technical solution is proposed for the blockageandman-madecleaninginterferencethatoccurmostfrequentlyandhavethegreatestimpactonnormal observation. The results of hydrogen and oxygen isotope analysis show that the water from two wells is recharged by atmospheric rainfall. Rainfall interference can be identified by collecting rainfall and flow data of river.

Keywordswater level observation; interference analysis; Yanjing Street in Yanyuan County

引言

地下水位對(duì)地殼介質(zhì)應(yīng)力應(yīng)變反映靈敏，一直以來是地震地下流體觀測(cè)的重要手段之一[1]。地下水位的異常變化包含很重要的地震前兆異常信息，但亦有可能是由環(huán)境干擾所致，所以正確識(shí)別與排除異常，對(duì)科學(xué)判定震情至關(guān)重要[2]。1976年11月7 日鹽源縣發(fā)生6.7級(jí)地震，震中300 km 范圍內(nèi)定點(diǎn)觀測(cè)項(xiàng)目出現(xiàn)前兆異常17項(xiàng)[3]。1986年8月12日鹽源發(fā)生5.4級(jí)地震，震前鹽源縣多處水點(diǎn)，包括本文研究的干海井出現(xiàn)了地下水異常[4]。以上鹽源縣歷史地震記錄表明，地震前可能出現(xiàn)地下水前兆異常，然而鹽源干海雙井近年的觀測(cè)數(shù)據(jù)干擾頻繁，難以分辨干擾和地震前兆信息，因此梳理研究鹽源干海雙井干擾特征對(duì)于準(zhǔn)確識(shí)別可能出現(xiàn)的地震前兆信息具有重要意義。

干海井和干海機(jī)井位于四川省涼山州鹽源縣縣城以北約10 km 鹽井街道轄區(qū)，川滇菱形塊體內(nèi)（圖1），雙井間直線距離約1.3 km。雙井地質(zhì)條件較為接近（圖2），被第四系（ Q）沖、洪積物所覆蓋，下伏地層為三疊系白山組（ T2b），巖性為灰?guī)r、泥灰?guī)r。區(qū)域內(nèi)主要發(fā)育有麗江—小金河斷裂、鹽源—棉埡斷裂、甲米斷裂和寧蒗斷裂。其中麗江—小金河斷裂為本區(qū)主要斷裂，全長(zhǎng)360 km，以北東—南西走向貫穿本區(qū)，將川滇菱形塊體斜切為川西北和滇中2個(gè)次級(jí)塊體，是在龍門山—錦屏山—玉龍雪山中新生代推覆構(gòu)造帶西南段基礎(chǔ)上形成的一條活動(dòng)斷裂帶[5-6]，從全新世至今一直具有較強(qiáng)的活動(dòng)性[7-8]。李寧等[9] 采用 DEFNODE 負(fù)位錯(cuò)反演程序計(jì)算了麗江—小金河斷裂帶的斷層閉鎖程度和滑動(dòng)虧損速率特征，結(jié)合小震精定位結(jié)果分析了該斷裂帶的強(qiáng)震危險(xiǎn)性，結(jié)果表明，麗江—小金河斷裂的南段—中段南部，具有發(fā)生較大地震的潛在危險(xiǎn)性。從歷史地震上來看，麗江—小金河斷裂的南段—中段位置中強(qiáng)地震頻發(fā)，震中集中分布在鹽源縣西部以及與云南寧蒗縣交界附近。

干海井于1980年9月開始進(jìn)行人工水氡和水溫觀測(cè)，2006年4月進(jìn)行數(shù)字化改造，新增水位、水溫、氣氡和氣象三要素?cái)?shù)字化測(cè)項(xiàng)。干海機(jī)井觀測(cè)始于1976年，原有人工流量、水位和水溫觀測(cè)，2014年9 月進(jìn)行了數(shù)字化改造，形成了現(xiàn)有的數(shù)字化測(cè)項(xiàng)。其他基礎(chǔ)信息見表1。

1 干擾分析

水位的正常動(dòng)態(tài)類型包括：多年趨勢(shì)動(dòng)態(tài)，年動(dòng)態(tài)和日、月動(dòng)態(tài)，不同的動(dòng)態(tài)又劃分為不同的基本類型（表2）[10]。干海雙井觀測(cè)數(shù)據(jù)干擾較多，大量數(shù)據(jù)突變形成的尖刺、臺(tái)階以及數(shù)據(jù)空值，已經(jīng)完全破壞了正常動(dòng)態(tài)曲線，其多年、年動(dòng)態(tài)類型難以分辨（圖3）。在數(shù)據(jù)完整且干擾較少的時(shí)間段，可識(shí)別出數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，但未見固態(tài)潮及氣壓效應(yīng)。

本文依據(jù)雙井實(shí)際觀測(cè)情況，選取觀測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)完整的2021年，根據(jù)觀測(cè)日志記錄，結(jié)合水溫、降水?dāng)?shù)據(jù)以及周邊調(diào)查情況對(duì)全年干海雙井?dāng)?shù)據(jù)異常進(jìn)行了詳細(xì)的干擾類型分類，統(tǒng)計(jì)了干海井和干海機(jī)井干擾數(shù)量及其干擾特征，結(jié)果見表3。

2021年干海機(jī)井記錄到干擾7次，干海井記錄到干擾54次，干海井干擾的次數(shù)遠(yuǎn)多于干海機(jī)井，主要原因在于干海井有37次人為清洗疏通觀測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生了干擾。干擾持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的是因干海井清理堵塞1800分鐘，干擾變化幅度最大的是因干海井改造井口裝置產(chǎn)生了0.76 m 的下降變化。

1.1 觀測(cè)系統(tǒng)堵塞和人為清洗干擾

2021年干海井因觀測(cè)系統(tǒng)堵塞產(chǎn)生3次干擾（圖4a，4b，4c），因人為清洗產(chǎn)生37次干擾（圖4d，4e），人為清洗為發(fā)生次數(shù)最多的干擾類型；干海機(jī)井無此類干擾。

雙井井水中均含大量的雜質(zhì)，肉眼可見，粘黏性極強(qiáng)。干海井井口裝置有恒流箱及氣氡脫氣裝置（圖5），整個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)較干海機(jī)井復(fù)雜而更易堵塞。干海井井水中的雜質(zhì)有的呈懸浮絮狀，附著在鼓氣口造成氣氡數(shù)據(jù)異常；有的沉淀在底部排水口附近造成排水口流量改變甚至直接堵塞排水口，引起流量、水位數(shù)據(jù)異常；有的附著于整個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)管道、恒流箱內(nèi)壁，產(chǎn)生長(zhǎng)期的干擾。分析認(rèn)為雜質(zhì)來源：①下伏地層白山組（ T2b）泥灰?guī)r中的粘土礦物，被流動(dòng)的井水帶出。②2021年每周測(cè)試了一次干海井井水總?cè)芙夤腆w（ TDS），52次測(cè)試平均值為442 mg/L，井水礦化度較高，原處在深部還原環(huán)境中的井水流出地表后遇空氣，井水部分組分被氧化產(chǎn)生了固體狀的雜質(zhì)。工作人員采取了清理打撈恒流箱雜質(zhì)和疏通排水口的措施，又造成了干海井較多的人為干擾。

清洗包括刷洗或酸洗整個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)排水管道內(nèi)壁以及恒流箱，個(gè)別時(shí)候還會(huì)先排出所有恒流箱水進(jìn)行徹底清洗，導(dǎo)致井水位產(chǎn)生較大程度的降幅?？傊逑磿?huì)立即造成數(shù)據(jù)突變，不同的清洗方式，清洗時(shí)間，產(chǎn)生的干擾形態(tài)各不相同，總體變化幅度在0.02—0.31 m 之間。

1.2 降雨干擾

2021年因降雨產(chǎn)生的干擾，干海機(jī)井記錄到4次，干海井記錄到2次。2017年4月采取了干海雙井井水樣品并進(jìn)行了分析[11]，結(jié)果見表4。

氫氧同位素可用于判斷地下水的補(bǔ)給來源，當(dāng)?shù)叵滤臍溲跬凰亟M成位于或接近當(dāng)?shù)卮髿饨邓€時(shí)（圖6），可以說明地下水起源于大氣降水。干海雙井δD 和δ18O 數(shù)據(jù)點(diǎn)均落于中國(guó)大氣降水線和西南地區(qū)大氣降水線附近。

水化學(xué)分析結(jié)果（表4）顯示雙井水化學(xué)成分和井水類型有明顯的差別，分析認(rèn)為形成這種差別的原因是干海機(jī)井深度更深，水巖反應(yīng)更接近平衡狀態(tài)，井水受更深部的含水層補(bǔ)給，當(dāng)深部含水層地下水流經(jīng)含鹽地層沉積區(qū)，使得干海機(jī)井井水以 Na+， Cl?為主，礦化程度較干海井更高。

圖7顯示降雨可以引起雙井水位升高，干擾與降雨聯(lián)系密切，時(shí)間關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)。有的降雨后伴隨水位升高（圖7a，7b，7c，7e，7f），有的水位與井水溫度同步升高（圖7d）。

綜合分析認(rèn)為雙井井水受大氣降水滲入補(bǔ)給與地表水聯(lián)系密切，大氣降水及地表水可影響干海雙井水位數(shù)據(jù)，形成干擾。雙井均受滲入補(bǔ)給影響但因深度及含水層不同，使得2021年沒有出現(xiàn)同一降雨事件，同時(shí)干擾雙井的情況。個(gè)別干擾事件沒有降雨但水位仍然出現(xiàn)了升高，認(rèn)為可能是受到了臥羅河河水的補(bǔ)給，干擾發(fā)生時(shí)間正處雨季，其他區(qū)域降雨使河水水位升高，河水滲入補(bǔ)給干海機(jī)井使溫度和水位出現(xiàn)了同步升高（圖7d）。

1.3 不明原因干擾

雙井水位數(shù)據(jù)異常又無明確的干擾因素或地震對(duì)應(yīng)，歸類為不明原因干擾。車用太等[12]按照干擾機(jī)理將地表水體對(duì)地下流體動(dòng)態(tài)的干擾分為兩類：一類是地表水體的滲入補(bǔ)給干擾（表5），另一類是地表水體荷載作用的干擾（表6），按分類確定了地表水的最大影響距離。

雙井地表附近分布有水體（圖8）可對(duì)雙井水位形成干擾。1 km 范圍內(nèi)有大片蘋果園，其間散布有灌溉渠和灌溉儲(chǔ)水設(shè)施。臥羅河河水水位隨季節(jié)降雨同步變化，在雨季7—8月水位較高，在枯水季11月—次年4月水位較低。蘋果園灌溉不定時(shí)的抽取地下水以及臥羅河河水，水位的突然改變均有可能通過滲入補(bǔ)給或荷載作用，引起干海雙井受到不明原因的干擾。

1.4 其他原因干擾

其他原因干擾包括干海機(jī)井附近蘋果園灌溉，干海井水溫儀、探頭維護(hù)以及井口裝置改造產(chǎn)生的干擾（圖9）。水溫觀測(cè)裝置的維護(hù)，需要從井水面以下取出或放入水溫探頭，會(huì)對(duì)井水水位造成擾動(dòng)產(chǎn)生干擾；2021年4—6月在干海井恒流箱出水口處安裝水質(zhì)過濾器試驗(yàn)過濾器水質(zhì)過濾效果，安裝和拆15—18時(shí)，抽取地下水灌溉，造成了干海機(jī)井水位突然降低約0.1 m 的干擾。

2 結(jié)論和討論

2.1 結(jié)論

（1）干海機(jī)井主要干擾因素為降雨，發(fā)生頻率對(duì)數(shù)據(jù)的影響程度最大；干海井在2021年發(fā)生了2次降雨干擾。降雨的干擾特征表現(xiàn)為連續(xù)降雨伴隨水位升高，其他地區(qū)的降雨也可能通過臥羅河影響干海雙井水位，河水補(bǔ)給井水其特征表現(xiàn)為水位和溫度的同步改變。

（2）干海井主要干擾因素為人為清洗，井水中含大量固態(tài)雜質(zhì)粘黏性強(qiáng)是造成人為清洗偏多的直接原因，人為清洗干擾特征不規(guī)律與清洗時(shí)間、清洗方式有關(guān)。

（3）按最小干擾距離1 km 統(tǒng)計(jì)，地表水體干擾源有臥羅河、蘋果園灌溉設(shè)施。河水漲跌、抽水灌溉也可干擾雙井水位。

2.2 討論

（1）干海井的人為清洗過于頻繁，對(duì)正常觀測(cè)影響較大。建議規(guī)范清洗恒流箱操作，逐漸摸索出更加科學(xué)合理的清洗周期頻率和清洗方法，最大限度的減少觀測(cè)系統(tǒng)堵塞和人為清洗產(chǎn)生的干擾。

（2）可從改造干海井恒流箱內(nèi)壁材料和底部排水口結(jié)構(gòu)入手，選用低吸水率的表面材料，提高內(nèi)壁表面抗污性，減少雜質(zhì)粘黏；將底部排水口更改為漏斗狀使雜質(zhì)更易自然排出，避免雜質(zhì)長(zhǎng)期沉淀堵塞排水口。通過不斷試驗(yàn)完善干海井的井口裝置，徹底解決干海井井水雜質(zhì)多引發(fā)的各種問題。

（3）雙井井水位受大氣降雨干擾，抽水灌溉干擾，可以通過加強(qiáng)與地方氣象、水文部門和附近農(nóng)戶的聯(lián)系，及時(shí)獲取相關(guān)信息，準(zhǔn)確識(shí)別此類干擾。

（4）鹽源為涼山州地震多發(fā)區(qū)，歷史上中強(qiáng)地震頻發(fā)，建議加大投資新建一些符合地震觀測(cè)規(guī)范的新井，逐步替換那些經(jīng)過改造的觀測(cè)效果較差的非地震行業(yè)觀測(cè)井，提高鹽源地區(qū)地震前兆觀測(cè)能力。

（5）干擾識(shí)別是數(shù)據(jù)跟蹤分析中的重要工作，目前還難以全面準(zhǔn)確定量定性分析，更多的是依靠臺(tái)站工作人員的經(jīng)驗(yàn)。區(qū)域地震監(jiān)測(cè)中心站可歸納總結(jié)本區(qū)域各監(jiān)測(cè)手段常見干擾特征，開展針對(duì)性培訓(xùn)使臺(tái)站人員熟練掌握典型干擾特征，提高業(yè)務(wù)能力。在日常工作中注意積累各種干擾事件干擾特征，將干擾事件進(jìn)行規(guī)范化歸類，建立完善本地區(qū)地下流體干擾數(shù)據(jù)庫(kù)，大幅提高干擾信息的排除效率。

致謝

長(zhǎng)安大學(xué)茍龍飛副教授在本文前期寫作中提供了指導(dǎo)，匿名審稿專家提出了重要的改進(jìn)意見，在此表示感謝。

參考文獻(xiàn)

［1］汪成民，車用太，萬迪堃，等.地下水微動(dòng)態(tài)研究[M].北京：地震出版社，1988

Wang C M，Che Y T，Wan D K ，et al. Study of micro-behavior of groundwater[M]. Beijing：Seismological Press，1988

［2］潘國(guó)勇，王軍.崇明地震臺(tái)新井水位干擾成因分析與改進(jìn)措施[J].科技與創(chuàng)新，2020（16）：4-5，9

PanG Y，Wang J. Cause analysis and improvement measures of water level interference in the new well at Chongming seismic station[J]. Science and Technology & Innovation，2020（16）：4-5，9

［3］張肇誠(chéng).中國(guó)震例（1976—1980）[M].北京：地震出版社，1990

Zhang Z C. Earthquake cases in China（1976—1980）[M]. Beijing：Seismological Press，1990

［4］湯秀山，吳家壽.鹽源5.4級(jí)地震前的宏觀異?，F(xiàn)象[J].四川地震，1987（2）：16-18

Tang X S，Wu J S. Macro-abnormal phenomena before the Yanyuan M5.4 earthquake[J]. Earthquake Research in Sichuan，1987（2）：16-18

［5］向宏發(fā)，徐錫偉，虢順民，等.麗江—小金河斷裂第四紀(jì)以來的左旋逆推運(yùn)動(dòng)及其構(gòu)造地質(zhì)意義?陸內(nèi)活動(dòng)地塊橫向構(gòu)造的屏蔽作用[J].地震地質(zhì)，2002，24（2）：188-198

Xiang H F，Xu X W，Guo S M，et al. Sinistral thrusting along the Lijiang-Xiaojinhe fault since quaternary and its geologic-tectonic significance：Shielding effect of transverse structure of intracontinental active block[J]. Seismology and Geology，2002，24（2）：188-198

［6］鄧起東，張培震，冉勇康，等.中國(guó)活動(dòng)構(gòu)造基本特征[J].中國(guó)科學(xué)（ D 輯），2003，46（4）：356-372

Deng Q D，Zhang P Z，Ran Y K，et al. Basic characteristics of active tectonics of China[J]. Science in China（ Series D），2003，46（4）：356-372

［7］徐錫偉，聞學(xué)澤，鄭榮章，等.川滇地區(qū)活動(dòng)塊體最新構(gòu)造變動(dòng)樣式及其動(dòng)力來源[J]. 中國(guó)科學(xué)（D 輯），2003，46（增刊1）：210-226

Xu X W，Wen X Z，Zheng R Z，et al. Pattern of latest tectonic motion and its dynamics for active blocks in Sichuan-Yunnan region， China[J]. Science in China（ Series D），2003，46（S1）：210-226

［8］季靈運(yùn)，劉立煒，郝明.利用InSAR技術(shù)研究滇西南鎮(zhèn)康—永德地區(qū)現(xiàn)今地殼形變特征[J].地震研究，2015，38（1）：84-89

Ji L Y，Liu L W，Hao M. Crustal deformation characteristic of Zhenkang-Yongde region in southwest Yunnan observed by InSAR technology[J]. Journal of Seismological Research，2015，38（1）：84-89

［9］李寧，朱良玉，劉雷.麗江—小金河斷裂帶現(xiàn)今閉鎖程度與地震危險(xiǎn)性分析[J].地震研究，2018，41（2）：244-250

Li N，Zhu L Y，Liu L. Study on present-day locking degree and seismic hazard of the Lijiang-Xiaojinhe fault zone[J]. Journal of Seismological Research，2018，41（2）：244-250

［10］全建軍，鄭永通，陳美梅，等.地下流體數(shù)據(jù)跟蹤分析的事件判別方法及分析流程[J].華北地震科學(xué)，2021，39（1）：97-104

Quan J J，Zheng Y T，Chen M M，et al. Event discrimination method and procedure for tracking and analysis of underground fluid data[J]. North China Earthquake Sciences，2021，39（1）：97-104

［11］楊耀，周曉成，官致君，等.川西地下流體觀測(cè)井水文地球化學(xué)特征[J].礦物巖石地球化學(xué)通報(bào)，2019，38（5）：966-976

Yang Y，Zhou X C，Guan Z J，et al. Hydrogeochemical characteristics of groundwater in seismic observation wells in the western Sichuan[J]. Bulletin of Mineralogy，Petrology and Geochemistry，2019，38（5）：966-976

［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

Che Y T，Yu J Z，Liu C L，et al. Study on influence distance of some interference sources around the station to the behavior of underground fluid[J]. Recent Developments in World Seismology，2006（4）：10-16