四川鹽源干海雙井水位觀測干擾分析

蔣川　楊志鵬　王登偉　文朗　李祥豪　李瑞瑞

摘要依據觀測日志、降雨、水溫監測和周邊調查，對四川鹽源干海雙井水位觀測干擾事件進行了詳細的分類，按分類統計了干海井和干海機井干擾特征，以更加準確有效地識別與排除干擾。針對發生最為頻繁的且對正常觀測影響最大的堵塞和人為清洗干擾提出了初步技術解決方案。氫氧同位素分析結果表明雙井井水受大氣降雨補給，可通過收集降雨、河水資料來識別降雨干擾。

關鍵詞水位觀測；干擾分析；鹽源縣鹽井街道

中圖分類號： P315.63文獻標識碼： A文章編號：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

地下水位對地殼介質應力應變反映靈敏，一直以來是地震地下流體觀測的重要手段之一[1]。地下水位的異常變化包含很重要的地震前兆異常信息，但亦有可能是由環境干擾所致，所以正確識別與排除異常，對科學判定震情至關重要[2]。1976年11月7 日鹽源縣發生6.7級地震，震中300 km 范圍內定點觀測項目出現前兆異常17項[3]。1986年8月12日鹽源發生5.4級地震，震前鹽源縣多處水點，包括本文研究的干海井出現了地下水異常[4]。以上鹽源縣歷史地震記錄表明，地震前可能出現地下水前兆異常，然而鹽源干海雙井近年的觀測數據干擾頻繁，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于準確識別可能出現的地震前兆信息具有重要意義。

干海井和干海機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，川滇菱形塊體內（圖1），雙井間直線距離約1.3 km。雙井地質條件較為接近（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），巖性為灰巖、泥灰巖。區域內主要發育有麗江—小金河斷裂、鹽源—棉埡斷裂、甲米斷裂和寧蒗斷裂。其中麗江—小金河斷裂為本區主要斷裂，全長360 km，以北東—南西走向貫穿本區，將川滇菱形塊體斜切為川西北和滇中2個次級塊體，是在龍門山—錦屏山—玉龍雪山中新生代推覆構造帶西南段基礎上形成的一條活動斷裂帶[5-6]，從全新世至今一直具有較強的活動性[7-8]。李寧等[9] 采用 DEFNODE 負位錯反演程序計算了麗江—小金河斷裂帶的斷層閉鎖程度和滑動虧損速率特征，結合小震精定位結果分析了該斷裂帶的強震危險性，結果表明，麗江—小金河斷裂的南段—中段南部，具有發生較大地震的潛在危險性。從歷史地震上來看，麗江—小金河斷裂的南段—中段位置中強地震頻發，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月開始進行人工水氡和水溫觀測，2006年4月進行數字化改造，新增水位、水溫、氣氡和氣象三要素數字化測項。干海機井觀測始于1976年，原有人工流量、水位和水溫觀測，2014年9 月進行了數字化改造，形成了現有的數字化測項。其他基礎信息見表1。

1 干擾分析

水位的正常動態類型包括：多年趨勢動態，年動態和日、月動態，不同的動態又劃分為不同的基本類型（表2）[10]。干海雙井觀測數據干擾較多，大量數據突變形成的尖刺、臺階以及數據空值，已經完全破壞了正常動態曲線，其多年、年動態類型難以分辨（圖3）。在數據完整且干擾較少的時間段，可識別出數據的變化趨勢，但未見固態潮及氣壓效應。

本文依據雙井實際觀測情況，選取觀測數據相對完整的2021年，根據觀測日志記錄，結合水溫、降水數據以及周邊調查情況對全年干海雙井數據異常進行了詳細的干擾類型分類，統計了干海井和干海機井干擾數量及其干擾特征，結果見表3。

2021年干海機井記錄到干擾7次，干海井記錄到干擾54次，干海井干擾的次數遠多于干海機井，主要原因在于干海井有37次人為清洗疏通觀測系統產生了干擾。干擾持續時間最長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生了0.76 m 的下降變化。

1.1 觀測系統堵塞和人為清洗干擾

2021年干海井因觀測系統堵塞產生3次干擾（圖4a，4b，4c），因人為清洗產生37次干擾（圖4d，4e），人為清洗為發生次數最多的干擾類型；干海機井無此類干擾。

雙井井水中均含大量的雜質，肉眼可見，粘黏性極強。干海井井口裝置有恒流箱及氣氡脫氣裝置（圖5），整個觀測系統較干海機井復雜而更易堵塞。干海井井水中的雜質有的呈懸浮絮狀，附著在鼓氣口造成氣氡數據異常；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、水位數據異常；有的附著于整個觀測系統管道、恒流箱內壁，產生長期的干擾。分析認為雜質來源：①下伏地層白山組（ T2b）泥灰巖中的粘土礦物，被流動的井水帶出。②2021年每周測試了一次干海井井水總溶解固體（ TDS），52次測試平均值為442 mg/L，井水礦化度較高，原處在深部還原環境中的井水流出地表后遇空氣，井水部分組分被氧化產生了固體狀的雜質。工作人員采取了清理打撈恒流箱雜質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觀測系統進排水管道內壁以及恒流箱，個別時候還會先排出所有恒流箱水進行徹底清洗，導致井水位產生較大程度的降幅。總之，清洗會立即造成數據突變，不同的清洗方式，清洗時間，產生的干擾形態各不相同，總體變化幅度在0.02—0.31 m 之間。

1.2 降雨干擾

2021年因降雨產生的干擾，干海機井記錄到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行了分析[11]，結果見表4。

氫氧同位素可用于判斷地下水的補給來源，當地下水的氫氧同位素組成位于或接近當地大氣降水線時（圖6），可以說明地下水起源于大氣降水。干海雙井δD 和δ18O 數據點均落于中國大氣降水線和西南地區大氣降水線附近。

水化學分析結果（表4）顯示雙井水化學成分和井水類型有明顯的差別，分析認為形成這種差別的原因是干海機井深度更深，水巖反應更接近平衡狀態，井水受更深部的含水層補給，當深部含水層地下水流經含鹽地層沉積區，使得干海機井井水以 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，干擾與降雨聯系密切，時間關聯性較強。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）。

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

1.3 不明原因干擾

雙井水位數據異常又無明確的干擾因素或地震對應，歸類為不明原因干擾。車用太等[12]按照干擾機理將地表水體對地下流體動態的干擾分為兩類：一類是地表水體的滲入補給干擾（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）可對雙井水位形成干擾。1 km 范圍內有大片蘋果園，其間散布有灌溉渠和灌溉儲水設施。臥羅河河水水位隨季節降雨同步變化，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井附近蘋果園灌溉，干海井水溫儀、探頭維護以及井口裝置改造產生的干擾（圖9）。水溫觀測裝置的維護，需要從井水面以下取出或放入水溫探頭，會對井水水位造成擾動產生干擾；2021年4—6月在干海井恒流箱出水口處安裝水質過濾器試驗過濾器水質過濾效果，安裝和拆15—18時，抽取地下水灌溉，造成了干海機井水位突然降低約0.1 m 的干擾。

2 結論和討論

2.1 結論

（1）干海機井主要干擾因素為降雨，發生頻率對數據的影響程度最大；干海井在2021年發生了2次降雨干擾。降雨的干擾特征表現為連續降雨伴隨水位升高，其他地區的降雨也可能通過臥羅河影響干海雙井水位，河水補給井水其特征表現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，井水中含大量固態雜質粘黏性強是造成人為清洗偏多的直接原因，人為清洗干擾特征不規律與清洗時間、清洗方式有關。

（3）按最小干擾距離1 km 統計，地表水體干擾源有臥羅河、蘋果園灌溉設施。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，對正常觀測影響較大。建議規范清洗恒流箱操作，逐漸摸索出更加科學合理的清洗周期頻率和清洗方法，最大限度的減少觀測系統堵塞和人為清洗產生的干擾。

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

（3）雙井井水位受大氣降雨干擾，抽水灌溉干擾，可以通過加強與地方氣象、水文部門和附近農戶的聯系，及時獲取相關信息，準確識別此類干擾。

（4）鹽源為涼山州地震多發區，歷史上中強地震頻發，建議加大投資新建一些符合地震觀測規范的新井，逐步替換那些經過改造的觀測效果較差的非地震行業觀測井，提高鹽源地區地震前兆觀測能力。

（5）干擾識別是數據跟蹤分析中的重要工作，目前還難以全面準確定量定性分析，更多的是依靠臺站工作人員的經驗。區域地震監測中心站可歸納總結本區域各監測手段常見干擾特征，開展針對性培訓使臺站人員熟練掌握典型干擾特征，提高業務能力。在日常工作中注意積累各種干擾事件干擾特征，將干擾事件進行規范化歸類，建立完善本地區地下流體干擾數據庫，大幅提高干擾信息的排除效率。

致謝

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

參考文獻

［1］汪成民，車用太，萬迪堃，等.地下水微動態研究[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］潘國勇，王軍.崇明地震臺新井水位干擾成因分析與改進措施[J].科技與創新，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.中國震例（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級地震前的宏觀異常現象[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，徐錫偉，虢順民，等.麗江—小金河斷裂第四紀以來的左旋逆推運動及其構造地質意義?陸內活動地塊橫向構造的屏蔽作用[J].地震地質，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.中國活動構造基本特征[J].中國科學（ 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，聞學澤，鄭榮章，等.川滇地區活動塊體最新構造變動樣式及其動力來源[J]. 中國科學（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，劉立煒，郝明.利用InSAR技術研究滇西南鎮康—永德地區現今地殼形變特征[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—小金河斷裂帶現今閉鎖程度與地震危險性分析[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.地下流體數據跟蹤分析的事件判別方法及分析流程[J].華北地震科學，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.川西地下流體觀測井水文地球化學特征[J].礦物巖石地球化學通報，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.地下流體動態的觀測環境干擾影響距離研究[J].國際地震動態，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