濮陽(yáng)市井深井?dāng)[維修對(duì)水位微動(dòng)態(tài)的影響研究

陳繼闊　李桂清

【摘 要】2014年4月18日至24日，濮陽(yáng)井深井?dāng)[因故障進(jìn)行了維修，與此同時(shí)，水位觀測(cè)探頭提出，停止了水位觀測(cè)。25日恢復(fù)觀測(cè)后，井水位微動(dòng)態(tài)特征出現(xiàn)異常變化，其水位微動(dòng)態(tài)固體潮、氣壓效應(yīng)消失，觀測(cè)曲線變得光滑平直，只表現(xiàn)出水位的趨勢(shì)性下降動(dòng)態(tài)。對(duì)水位觀測(cè)恢復(fù)后出現(xiàn)的水位微動(dòng)態(tài)消失的原因進(jìn)行了分析，并提出了解決的方法。2015年5月通過(guò)抽水洗井恢復(fù)了水位微動(dòng)態(tài)正常變化。

【關(guān)鍵詞】深井?dāng)[維修水位微動(dòng)態(tài)消失異常原因分析；抽水；洗井

1 異常概述

濮陽(yáng)臺(tái)因深井?dāng)[出現(xiàn)故障，于2014年4月18日至24日對(duì)深井?dāng)[進(jìn)行了維修，與此同時(shí)，水位觀測(cè)探頭提出，停止了水位觀測(cè)。2014年4月24日深井?dāng)[維修完畢后，恢復(fù)水位觀測(cè)工作。但恢復(fù)水位觀測(cè)后，井水位微動(dòng)態(tài)特征出現(xiàn)異常變化，其水位微動(dòng)態(tài)固體潮、氣壓效應(yīng)消失，觀測(cè)曲線變得光滑，只表現(xiàn)出水位的趨勢(shì)性下降動(dòng)態(tài)。

2 井孔周圍環(huán)境及井孔概況

濮陽(yáng)井位于濮陽(yáng)市地震臺(tái)院內(nèi)，是水位、地震觀測(cè)井。該井處于市區(qū)范圍內(nèi)，周圍為居民區(qū)和辦公區(qū)。濮陽(yáng)井井深500 m，最大井斜30ˊ，采用泥球固井。0-80.27m為244mm套管（外徑），80.27-491.13m為130mm套管（外徑）。398.08-441.3m位置上下有兩層篩管。采用泥漿泵循環(huán)潛清泥漿后抽吸至水清，沉砂19cm。根據(jù)測(cè)井資料和周圍地層資料，解釋了各層巖性。0-439.55m為粉細(xì)砂與亞粘土互層，亞粘土單層厚度為3.5-31.5m，砂層厚度為2.5-31m，439.5m以下為巨厚層亞粘土。該井地下水水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)采用了雙層含水層，上層含水層位于396.55-413.05 m，厚度為16.5 m，下層含水層位于425.55-439.55 m，厚度為14.0 m，兩含水層的總厚度為30.55m。

3 水位動(dòng)態(tài)特征

濮陽(yáng)井水位觀測(cè)層埋深400 m左右，屬深層承壓水，井孔封閉良好。多年的觀測(cè)結(jié)果顯示，該井水位具有明顯的動(dòng)態(tài)特征變化規(guī)律。

3.1 水位宏觀動(dòng)態(tài)

該井水位宏觀動(dòng)態(tài)屬側(cè)向補(bǔ)給開(kāi)采型勻速緩降動(dòng)態(tài)，2012-2013年，兩年水位下降5.20米，平均年下降2.6米。在下降過(guò)程中，受降雨的影響，水位有所上升，顯示了明顯的降雨效應(yīng)微動(dòng)態(tài)特征。

3.2 水位微動(dòng)態(tài)特征

3.2.1 水位固體潮效應(yīng)

井孔水位固體潮效應(yīng)是固體潮體應(yīng)變的次生效應(yīng)，它是由于天體引潮力作用使地殼產(chǎn)生潮汐變形，其中的含水層也隨之變形，從而引起孔隙水壓發(fā)生變化，導(dǎo)致井孔水位隨引潮力的變化而呈反向周期性變化。水位固體潮幅度最大達(dá)20 mm。

3.2.2 水位氣壓效應(yīng)

井孔水位的氣壓效應(yīng)是中深井中普遍存在的微動(dòng)態(tài)。井孔水位的氣壓效應(yīng)機(jī)理，一般認(rèn)為，當(dāng)大氣壓力同時(shí)作用在井區(qū)大地表面與井孔水面上時(shí)，由于作用在大地表面上的力是通過(guò)含水層頂板以上的覆蓋層傳遞到含水層巖體上，其過(guò)程中力將被衰減，因此導(dǎo)致井-含水層之間的壓差并引起水流運(yùn)動(dòng)。當(dāng)大氣壓力增大時(shí)，井內(nèi)水向含水層流動(dòng)，導(dǎo)致井孔水位下降，而大氣壓力減少時(shí)，含水層內(nèi)的水向井孔流動(dòng)，導(dǎo)致井孔水位上升。因此，氣壓與井孔水位的關(guān)系表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)。

4 水位微動(dòng)態(tài)異常原因分析

2014年4月25日恢復(fù)觀測(cè)后，水位觀測(cè)值比正常趨勢(shì)變化高0.15m，動(dòng)態(tài)曲線呈快速下降狀態(tài)，但曲線的固體潮及氣壓效應(yīng)幾乎完全消失，這樣的異常變化可能與深井?dāng)[維修提擺、下擺有關(guān)。

2014年4月18-19日，使用小型絞車提擺，但無(wú)法提出，多次嘗試，致使絞車齒輪打壞，也沒(méi)能提出來(lái)。21日更換了大型絞車，開(kāi)始時(shí)，仍然提不動(dòng)深井?dāng)[，后來(lái)加大力量，只提出了深井?dāng)[鋼纜，未提出深井?dāng)[。提出鋼纜后發(fā)現(xiàn)，鋼纜與深井?dāng)[的鏈接卡扣斷裂，因此，只提出鋼纜，未提出深井?dāng)[，整個(gè)擺體留在井孔中。為繼續(xù)開(kāi)展地震觀測(cè)，新購(gòu)深井?dāng)[一臺(tái)，4月24日完成下擺工作，地震觀測(cè)恢復(fù)正常。水位探頭下井后，也恢復(fù)了水位觀測(cè)。

安裝深井?dāng)[的井管直徑為120mm（內(nèi)直徑），深井?dāng)[直徑為114.5mm，下擺后，擺與井孔的空隙只有5.5mm。2003年10月安裝了深井?dāng)[（數(shù)字?jǐn)[），至今已使用十余年。十余年來(lái)，水位不斷下降，鋼管井壁與鋼纜不斷銹蝕，鐵屑不斷脫落，沉入水下。由于擺體與井壁空隙較小，下落的碎屑物會(huì)沉積在擺體上方，并不斷堆積。提擺前，這些堆積物比較松散，不影響水的通透性。水位觀測(cè)結(jié)果顯示水位的固體潮、氣壓效應(yīng)等微動(dòng)態(tài)特征及趨勢(shì)性下降變化，觀測(cè)正常。深井?dāng)[維修提擺時(shí)，由于碎屑物的存在，阻止了擺的活動(dòng)，因而，提不動(dòng)擺。提擺時(shí)，碎屑物被壓實(shí)，用力越大，壓得越實(shí)在，對(duì)擺的阻力越大。所以，小的絞車打壞齒輪也沒(méi)能拉出深井?dāng)[。更換大的絞車后，拉斷了鋼纜與擺的鏈接卡扣，說(shuō)明擺體與井孔完全卡死，結(jié)果只拉出了鋼纜，沒(méi)拉出深井?dāng)[。可見(jiàn)碎屑物出生的阻力卡死了擺體，也說(shuō)明擺體與井孔之間的碎屑物被壓得更實(shí)在。壓實(shí)的碎屑物沒(méi)有了通透性，阻止了水的流動(dòng)。因而，水位觀測(cè)沒(méi)有了微動(dòng)態(tài)特征變化。由于新擺體下水后增加了井孔內(nèi)水體的體積，造成水位上升，因此，恢復(fù)觀測(cè)時(shí)，水位值上升了0.15米。由于水的滲透性較強(qiáng)，碎屑物壓實(shí)后不可能不透水，因此，升高的水位呈現(xiàn)出快速下降的狀態(tài)，仍然顯示水位的趨勢(shì)性變化特征。

5 恢復(fù)水位微動(dòng)態(tài)特征的方法設(shè)想

根據(jù)井孔80m深變徑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，安裝揚(yáng)程80m的潛水泵抽水。抽水后，井孔內(nèi)水位下降，壓力降低，深井?dāng)[下部的水沿井孔上升，對(duì)深井?dāng)[上方的碎屑物產(chǎn)生沖洗作用。若能將壓實(shí)的沉積碎屑物沖開(kāi)、沖散，則水流通暢，可恢復(fù)水位的微動(dòng)態(tài)變化特征，開(kāi)展正常的水位觀測(cè)工作。此法是否可行，需實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

6 問(wèn)題的解決

2015年5月購(gòu)買(mǎi)了110mm直徑的潛水泵，5月26-29日，下泵77米，斷斷續(xù)續(xù)抽水30個(gè)小時(shí)。每次開(kāi)泵抽水約20分鐘后，管道出水口就有氣泡出現(xiàn)。可見(jiàn)，抽水20分鐘，水位下降到水泵處。由于井孔供水量不夠，產(chǎn)生氣泡。第一天氣泡較多，后幾天氣泡較少。說(shuō)明抽水使井孔水道通暢，但沒(méi)有完全暢通（1992年大流量抽水也未出現(xiàn)斷水現(xiàn)象）。

2015年5月29日恢復(fù)觀測(cè)后，水位顯示氣壓效應(yīng)和固體潮，恢復(fù)了正常動(dòng)態(tài)，達(dá)到了抽水洗井的目的，恢復(fù)了正常的動(dòng)態(tài)特征.

7 結(jié)論與討論

1）2014年4月25日后，濮陽(yáng)井水位微動(dòng)態(tài)的異常變化是由于深井?dāng)[維修提擺時(shí)將其上方脫落的碎屑物壓實(shí)，對(duì)水的流動(dòng)產(chǎn)生較大的阻力，影響了井內(nèi)水的流動(dòng)性。

2）同一井孔開(kāi)展多項(xiàng)目綜合觀測(cè)時(shí)，某一項(xiàng)目出現(xiàn)故障，檢查、維修時(shí)會(huì)產(chǎn)生相互影響。地震觀測(cè)井進(jìn)行項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)時(shí)要通盤(pán)考慮，消除各項(xiàng)目之間以后觀測(cè)過(guò)程中可能產(chǎn)生的相互影響。

3）本井深井?dāng)[維修影響水位觀測(cè)的原因是因?yàn)榫字睆教≡斐傻摹Ｈ绻字睆皆俅?厘米，就可能不會(huì)產(chǎn)生這種影響，也不會(huì)影響各項(xiàng)目的正常安裝使用。因此，地震觀測(cè)井在設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮多種觀測(cè)儀器在同一水井安裝使用時(shí)，適當(dāng)增大井孔直徑，以保證以后觀測(cè)儀器檢查維修時(shí)對(duì)其他項(xiàng)目不造成影響，從而取得準(zhǔn)確、完整、連續(xù)的觀測(cè)資料。

【參考文獻(xiàn)】

[1]汪成民.中國(guó)地震地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)網(wǎng)[M].北京，地震出版社，1990.

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

[3]車用太，魚(yú)金子，等.地震地下流體學(xué)[M].北京，氣象出版社，2006.

[責(zé)任編輯：張濤]