杞縣豫14井水位突變原因調查研究

劉穎

摘 要：杞縣豫14井水位、水溫于2021年8月29日出現同步異常變化，水位大幅上升，水溫下降。在收集當地水文地質資料的基礎上，分析了豫14井突變的產生原因、可靠性及作為地震前兆異常的可能性。結果表明，此次突變可能是河南強降雨導致積水嚴重，低溫地表水滲入井內引起的，作為地震前兆的可能性很小。

關鍵詞：水位;水溫;杞縣豫14井

中圖分類號：P315.723 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）32-0131-06

Investigation Study on the Cause of Water Level Mutation of Yu 14 Well

in Qixian County

LIU Ying

（Kaifeng Seismic Station， Kaifeng Henan 475000）

Abstract： On August 29， 2021， the water level and water temperature of Yu 14 well in Qixian County showed synchronous abnormal changes， and the water level rose sharply， water temperature drop ped. On the basis of collecting local hydrogeological data， this paper analyzes the cause， reliability and possibility of the mutation of Yu14 well as an earthquake precursory anomaly. The results show that the sudden change may be caused by the severe water accumulation caused by the heavy rainfall in Henan and the infiltration of cold surface water into the well， which is not likely to be a precursor of the earthquake.

Keywords： water level;water temperature;jump;reason;Yu 14 Well in Qixian County

豫14井位于開封市杞縣南約35 km的官莊鄉魏莊村前石寨一隊。地理坐標為東經114°38′，北緯34°16′4，地面標高為56.0 m。該區屬于豫東黃淮沖積平原，呈現西北高東南低的趨勢，坡度很小，為1/3 000～1/5 000。地表水系屬于淮河流域。距離臺址西不到1 000 m的渦河為季節性河流，流量較小。淺層地下水為第四紀砂層孔隙地下水，埋藏較淺，含量豐富，是當地農田灌溉和生活飲用的主要水源[1]。

杞縣豫14井觀測項目主要有水位、水溫和氣象三要素。2021年8月30日，開封市地震臺工作人員在進行日常前兆數據處理時發現，杞縣豫14井水位、水溫于8月29日22：11出現準同步變化，水位突升幅度最高達1.929 m，水溫出現0.2 ℃的大幅下降[2]。該井自觀測以來水位呈現出緩慢下降趨勢，未出現過類似本次大幅上升的現象;水溫較穩定，變化幅度在0.01～0.03 ℃。為了揭示變化的原因并判定該變化是否具有前兆意義，對該井進行了大量的調查和研究工作，認為此次變化與河南強降雨有關。

1 觀測井和觀測系統情況

豫14井位于太康隆起近中部，通許背斜南翼，丁莊次隆起構造的杞縣凹陷上。在次隆構造上，奧陶系地層頂板埋深為1 500～1 800 m，而杞縣凹陷頂板埋深為2 000～2 600 m，磚橋凹陷新生界地層底板埋深達6 000 m。豫14井處于地形的最高處，向四周傾斜，斷裂構造以北北東向為主，次為近東西向和北西向。

豫14井觀測井房系1981年建造，建筑面積約15 m[3]。觀測井井深為2 960 m，表層套管為175.81 m，技術套管為1 860.06 m。觀測含水層位于1 091～1 096 m的二疊系砂巖，厚度為5 m。含水層埋藏深度大，封閉性好，水位穩定，現水位埋深為43.171 m。該井采用水泥固井止水，止水效果良好。

從多年觀測資料來看，該井水位相對穩定，反映地殼信息靈敏，具有明顯的固體潮效應、氣壓效應、降雨荷載效應及水震波效應。該井的固體潮潮差最大可以達到250 mm，潮汐因子在3.5以上，是河南省顯示固體潮最好的水井之一。

杞縣豫14井地震臺觀測項目主要有水位、水溫和氣象三要素，儀器使用SWY-Ⅱ型數字式水位儀、SZW-1A數字式水溫儀和RTP-2雨量氣溫氣壓觀測儀。2013年12月，數字化水位、水溫儀器投入運行。該臺站是無人值守臺。

2 水溫、水位動態觀測與水位突升變化

多年觀測結果表明，杞縣豫14井水位主要與蘭考豫11井、范縣豫01井一樣，同受聊蘭斷裂帶兩側地熱開采活動影響，呈趨勢性下降[1]。水位微動態變化與氣壓和降雨量有關，水溫變化趨勢平穩，變化受降水、氣溫和氣壓影響較小。

此次水位、水溫突變同步出現：從SWY-Ⅱ數字式水位儀觀測值可知，從8月29日22：11至9月1日23：22，水位儀觀測值從43.171 m上升至峰值41.242 m，上升1.929 m，且至9月2日仍未恢復正常;SZW-1A數字式溫度計從22：11的21.713 5 ℃下降到9月1日23：35的21.512 0 ℃，至2021年9月10日仍未恢復正常，下降幅度為0.201 5 ℃。歷史觀測以來，豫14井從未出現過類似的大幅突變現象，異常顯著，如圖1所示。

3 突升變化原因調查

3.1 觀測系統檢查

為了查清此次水位突升的原因，現場對水位儀、水溫儀主機、傳感器、通信系統、供電線路、UPS、供電電壓及避雷設施等進行檢查。結果顯示：主機、傳感器及通信系統工作正常;供電線路正常交流222 V（交流-地222 V，零線-地1 V），UPS輸出電壓220 V，供電系統正常;避雷模塊正常，接地電阻正常。由此可知，觀測系統工作正常，認為8月29日水位突升變化是真實、客觀存在的。

3.2 氣象因素分析

多年觀測表明，杞縣豫14井水位與周邊觀測井豫11井一樣，主要受聊蘭斷裂帶兩側地熱開采活動影響，呈趨勢性下降[1]。資料表明，豫14井觀測含水層與第四紀砂土孔隙潛水含水層相距大約1 000 m，二者不能直接發生水力聯系，平時降雨對豫14井影響較小，見圖2和圖3。

筆者在到達豫14井后即刻對周邊情況展開調查。據豫14井觀測員介紹，豫14井周邊降雨已持續4 d，7月20日起至9月2日當地經歷3次強降雨，導致當地地下水及地表水水位上升，河溝水體水面距離地面0.5 m，田內積水較多。豫14井井房周邊農田均有較多積水，見圖4，較低洼處甚至形成了河溝、水潭。

開封氣象部門資料顯示，2021年比往年同期的雨水偏多，降雨量偏大。杞縣全縣21個站（國家站1個，區域站20個），2021年7月20日至9月5日，全縣平均降雨量629.3 mm，較常年同期（213 mm）偏多約195.3%，排在1961年以來同期第一位，如表1所示，3個站日降水突破歷史極值。其中，官莊站累計降雨量665.6 mm，突破歷史極值。官莊鄉8月22日降雨量161.22 mm，為2021年最高值，歷史第二高值。由官莊鄉2021年7月20日至9月5日的降雨量（見圖5）得知，豫14井周邊呈持續降雨狀態，且多數雨量較大，當地發生了內澇，已嚴重超出官莊鄉的降雨荷載能力。

3.3 觀測井井孔結構檢查

打開封閉的井口蓋，先用手電筒檢查水井的井壁套管，發現該井的套管井口到達距離地面1 m的位置，在套管與地面之間采用了水泥護壁。從井孔結構看，該井采用水泥止水，止水效果良好，各含水層之間一般不會通過井孔串流。從各層地下水水位來看，豫14井的觀測水位埋深為43.171 m，而淺層地下水的埋深僅為0.2～0.3 m。因此，淺層地下水與豫14井觀測含水層之間沒有直接的水力聯系。井下電視檢查觀測井內部結構情況，如表2所示。這里水位埋深為41.212 m，數字式水位儀探頭傳感器至井口距離為45 m，入水為2.2 m，數字式水溫儀探頭傳感器距井口200 m，入水為153 m，截圖深度需加1 m（此位置為基準起始點）。采用井下電視自上而下對井孔內部結構進行觀察，在水泥井壁與套管的變徑臺階上有積水，這些水沿井壁下流，鋼管套管井壁有小量腐蝕。40～100 m隱約能看到井壁，同時有小顆粒鐵銹等飄落物，偶爾能看到許多小氣泡，能清晰地看到井口連接處?？梢?，豫14井的水位上升異常與水泥井壁滲水可能有一定的關系。

3.4 異常分析

3.4.1 引起水位、水溫同時變化的原因分析。影響水位變化的因素包括地下水開采、農田灌溉及大氣降水等因素，而影響水溫觀測的因素包括觀測層水溫、與上層淺水的交互作用、深部來水情況和圍巖熱交換作用等。

引起同井水位和水溫同時變化有3種可能原因[4]。

①深層水上涌引起水溫下降。該井隨著深度的增加，水溫不斷升高，深部含水層地下水溫度應該遠大于探頭附近的水溫。假設觀測井水溫變化由深層水上涌引起，那么水溫變化是上升而非下降，同時水位也會有明顯上升。

②井壁破損引起井孔內外水發生交換作用引起的水位、水溫變化。在本次現場核實中，使用井下電視等設備對井孔井壁從井口至水面、從水面至水下100 m進行了細致觀察。其中，水面以上井壁可見流水;水面以上及以下井壁完好，沒有發現有破損的跡象。

③淺層水進入井筒引起水溫下降變化。杞縣地形平坦，大氣降水是淺層地下水的主要補給來源。地下室埋深較淺，巖性極有利于地下水的滲入補給。地下水水位低于周圍地表水水位時，地表徑流會滲透通過河床補充地下蓄水層[5]。前期調查發現，當地強降雨地表水已超過荷載，且降雨量仍在持續增加。從周邊環境調查結果看，地表水水位為0.2～0.3 m，而豫14井水位為43.171 m。假設觀測井水溫下降是由淺層低溫水進入井管內引起的，水位會有明顯的上升變化。通過井下電視觀測到水泥井壁滲水嚴重，且隨著雨量增大，進入井內的水流變大，水泥護壁與井孔鋼管之間也存在滲水的可能。此外，井壁外地表水的滲入或流入，使得該井水位、水溫在觀測上出現了明顯變化，分別如圖12和圖13所示。

3.4.2 井壁有腐蝕現象。通過現場井下電視觀察，井壁內部存在腐蝕，可見黃色漂浮物。銹腐物個體較小，未造成井壁破損，因此認為井壁腐蝕脫落與本次水位、水溫突變無關。

4 結論

根據現場核實及資料分析，杞縣豫14井水位、水溫同步突變是因為當地近一個月來連續3次強降雨造成淺層地下水快速抬升和地面積水嚴重，靠近14井鋼制套管井口以上的水泥管壁有明顯地下水滲出并流入井內，因此該井異常不屬于地震前兆異常。上述分析由于缺少水質化學對比的分析，仍存在一定的局限性，因此建議對豫14井進行一次水質化驗，檢查其是否與地表水水質保持一致，以提高流體觀測的科學性。

參考文獻：

[1]夏修軍.2015年度豫01井豫11井水位趨勢下降異常分析報告[R].2015.

[2]肖雯靜，徐丹，張鈞琪，等.蘭考豫11井水溫、水位奇異變化原因的調查與研究[J].資源信息與工程，2018（6）：35-38.

[3]王偉才，李秀麗.開封地區淺層地下水水文地質特征淺議[J].華東科技，2013（6）：481.

[4]李惠玲，張登科，高云峰，等.山西大同鎮川井水位各類異常特征與成因分析[J].山西地震，2014（3）：21-26.

[5]張軍，陳宇衛，陶月潮，等.霍山皖33井水位突變異常成因的研究[J].地震，2009（2）：98-103.