昌黎井水位、水氡趋势动态特征分析

张子广,盛艳蕊,李 非,张素欣,薛志芳

(1.河北省地震局,石家庄 050022;2.河北省地震局何家庄地震台,河北昌黎 066600;

3.河北省地震局秦皇岛中心台,河北秦皇岛 066100)

昌黎井水位、水氡趋势动态特征分析

张子广1,盛艳蕊1,李 非2,张素欣1,薛志芳3

(1.河北省地震局,石家庄 050022;2.河北省地震局何家庄地震台,河北昌黎 066600;

3.河北省地震局秦皇岛中心台,河北秦皇岛 066100)

分析了昌黎井2004年洗井前后水位、水氡的趋势动态特征,认为洗井是造成水位和水氡两者趋势变化不同步的主要原因之一。经过观测环境调查,判定2009年以来水位趋势下降并打破年变规律与附近温泉井抽水有关。关键词:水位;水氡;抽水;洗井

0 引言

昌黎井是流体综合观测井[1],1982年开始观测水位、流量、水氡,2002年实施数字化观测。目前水位、水氡实行模拟和数字化并行观测。2002—2003年间,水位处于观测以来的最低值,存在断流的危险性。为此,于2004年7月进行洗井[2]。洗井后水位逐渐上升,但随着观测资料的积累,发现水位和水氡两者的相关性发生了较大变化,并且水位、水氡年变动态规律也发生了变化。尤其是2009年初以来,水位呈趋势下降变化,年变动态明显改变。针对这些变化图像,2009年度、2010年度震情趋势会商中,将其作为重点异常进行跟踪,并对该井水位、水氡观测资料变化特征进行了分析,调查了井孔附近地区的水文地质和环境。

1 井孔条件概述

昌黎井又名何家庄井,位于河北省昌黎城关南0.5km 处 ,地理位置 119°17′E,39°43′N,地处燕山山前平原、饮马河冲积扇上,昌黎—宁河断裂北侧约1.5km处。

该井为地热异常区温泉钻孔,孔深301.4m,地表至75.76m为第四系粘土、细砂,76～85m为中粗砂夹砾石含水层,85m以下为前震旦系混合花岗岩和角闪斜长片麻岩,172～180m处岩石破碎,是该井的主要出水段。地下水类型为脉冲状裂隙水,补给区为北部山区及北东向低山丘陵区,排泄于上覆中粗砂夹砾石含水层。1981年开始观测动水位,水位为0.9～1.2m左右,流量为0.04L/s,井口水温为36℃,井底水温为38℃,具有低流量、高压力、深循环的特征。

2 观测环境调查与资料分析

2009年初以来昌黎井水位呈下降趋势,年动态规律明显改变,2010年2月中旬水位转折上升;水氡2010年初上升速率较快。针对这些异常变化,调查走访了井孔周边的观测环境、对比观测了水氡水样。

2.1 外界环境调查

图1给出了昌黎井水位、水氡、降水量曲线图,可以看出水位与降水存在较明显的关联性,1983—1988年、1994—1998年降水充沛,水位则处于高值或上升趋势,2004年洗井,水位上升与之有直接关系。2009年降水581mm,高于多年平均值(573mm),但水位呈下降趋势,而且雨季期间水位缺失年变动态中的上升阶段。因此可以认定2009年以来水位转折下降与降水关系不大,应存在其他因素的影响。

对井孔周边环境进行调查走访,发现昌黎井东南方向约500m处有一口温泉井(昌黎三中东大墙外侧),2008年12月20日开始抽水供浴池用水,温泉井的水温为38.5℃左右。该浴池每天早5:00—21:00抽水,从该浴池顾客流量以及排水量发现每天的用水量非常大。昌黎井和温泉井距离很近,水温相当,构造部位同处于昌黎—宁河断裂北侧(图2)。因此,基本可以推断两井出水层位深度相当,温泉井大量抽水,势必会造成昌黎井水位下降。

图1 昌黎井水位、水氡、月降水量、年降水量曲线

图2 井孔附近地区地质构造图

由于当地居民对此类调查相当敏感,基本不配合,只能从侧面进行初步的了解。晒甲坨位于昌黎县城西南方向,该村有一口温泉井,水温约55℃,日开采量较大,该温泉具体开发时间、井深均不详(图2)。龙家店位于昌黎县城西10km,2007年前有浴池1个,2009年以来新开浴池2个,浴池用水均为钻井地下水,一般井深在90m左右。从浴池的用水情况发现,抽上来的水需经过锅炉加热后才使用,判定抽水井水温较低,对昌黎井影响不大。龙家店镇西北方向的李埝坨,属于地热异常区,有“温泉乡”之称,原来有温泉浴池,四、五年前停业。邻近的康埝坨现有3.3公顷左右的养鱼池,该区自1995年开始养鱼,2004年以后规模逐渐扩大。经调查,发现大约有10口井为养鱼用户所用,井深70～100m左右,温度约40℃,约半个月换一次水,天气寒冷时每天都抽水,用水量相当大。

分析认为晒甲坨温泉及康埝坨养鱼池开发时间较长,昌黎井水位2009年以来的下降变化(图1),从时间上分析与之不符。因此,可以排除它们对昌黎井的影响。晒甲坨温泉及康埝坨养鱼池等长时间开发,对昌黎井是否存在影响,有待进一步研究。

2.2 水氡对比观测结果

昌黎井水氡观测使用FD-105K型射气仪,1988年至今仪器没有更新[3]。2004年洗井后,水位和水氡趋势动态的一致性发生了改变(图1),分析认为2004年底至2007年上半年水位上升、水氡上升-下降过程与洗井有直接关系,但2007年下半年以来水位是上升-下降的过程,水氡测值却在高位上波动,与水位的趋势动态不匹配。为验证昌黎井水氡测值的可靠性,于2010年3月24日至4月22日进行了水氡对比观测。方法是从其他水氡观测井上选调了1台FD-105K型射气仪,昌黎井水氡观测员每天多取1份水样,利用选用的仪器增加1次测量,观测结果见图3。

对观测结果进行相关分析,相关系数为0.236,表明它们的相关性不高,但0.236的相关系数也说明两者的动态变化过程存在一定的相似性。主样测值的波动范围约为3Bq/L,比测值波动范围约为8Bq/L。两者的差值在-2～5Bq/L,即比测值的高值比主样值高5Bq/L,其低值比主样值低2Bq/L。相比而言,主样值更稳定。通过对比观测,可以验证昌黎井现役FD-105K型射气仪工作性能正常,其水氡资料观测结果可靠。

图3 昌黎井水氡对比观测曲线

2.3 水位、水氡相关分析

2004年洗井后,水位和水氡趋势动态不一致(图1)。进行线性相关分析,1987—2002年期间年相关系数的平均值为0.531(图4),2005—2009年期间年相关系数的平均值为-0.409(图5),表明两者的趋势动态在洗井前后完全改变;水位、水氡的年变特征在洗井前后亦有所变化,洗井后水位的年变基本消失,水氡年变的规律性在洗井后有所减弱。

图4 昌黎井水位、水氡相关分析曲线

图5 昌黎井水位、水氡相关分析曲线

洗井后,含水层与井孔之间的透水性增加,即井-含水层系统地下水交换量增加,水位上升是正常现象;由于地下水径流速度加快,水氡测值应该在高位上变化。也就是说2004年底至2007年上半年水位上升、水氡上升-下降过程是洗井因素的结果。2008年以来水位、水氡趋势动态仍然不一致,尤其是2009年两者呈反向变化,其原因可能是:昌黎井附近地区地下水径流方向由西北向东南[4],上述调查的温泉井处于昌黎井的下游,当温泉井开始抽水时,流经昌黎井的地下水径流强度加大,水的活性增强,水中的溶解气逸出量增大。因此,可引起水位下降、水氡测值偏高。

3 结论

根据观测井附近的几口抽水井的位置和该地区构造特点分析:龙家店镇的几个浴池用水井、康埝坨的养鱼池用水井井深均比昌黎井浅,而且和观测井不在同一断裂带上,距离较远,基本不会对观测井产生影响,排除其干扰。

晒甲坨温泉井和观测井在同一断裂带附近,是否为同一含水层无据可查,用水量的增加可能会对观测井有影响。距离观测井最近的一口温泉井,位于北西向的昌黎—宁河断裂下游,该井从2008年12月20日开始大量抽水,与观测井水位下降时间基本吻合,分析认为:(1)2009年以来昌黎井水位趋势下降并打破年变规律,是附近地下水开发引起;(2)抽水量增大,地下水径流强度变大,水的活性增强,水中的溶解气逸出量增大,可引起水氡测值偏高;(3)2004年洗井前后水位、水氡趋势动态不同步的主要原因是洗井和附近温泉井开发抽水;(4)昌黎井周围热水长期开发,对其水位动态变化肯定存在影响,因此应关注昌黎井水位、水氡动态的变化趋势,随时了解地下水开采等环境条件的改变。

致谢:在观测环境调查与资料收集工作中得到秦皇岛中心台刘怀、后土桥地震台王艳荣等大力协助,深表谢意!

[1] 国家地震局科技监测司.中国地震地下水位动态观测网[M].北京:地震出版社,1990:298-299.

[2] 岳秀侠,李冬圣,陈明传,等.昌黎井清洗及井口改造[J].华北地震科学,2005,23(3):56-59.

[3] 河北省地震局.河北省地震监测志[M].北京:地震出版社,2005:127-134.

[4] 车用太,鱼金子.地下流体典型异常的调查与研究[M].北京:气象出版社,2004:10-15.

Analysis on Long-trend Variations of Water Level and Water Radon in Changli Well

ZHAN G Zi-guang1,SHENG Yan-rui1,LI Fei2,ZHANG Su-xing1,XUE Zhi-fang3
(1.Earthquake Administration of Hebei Province,Shijiazhuang 050022,China;
2.Hejiazhuang Seismic Station of Hebei Province,Changli 066600,China;
3.Qinhuangdao Central Seismic Station of Hebei Province,Qinhuangdao 066100,China)

This paper analyzes the long-trend variations of water level and water radon in Changli well.The results indicate that the asynchrony between the long-trend variations of water level and the long-trend variations of water radon is caused by well washing.According to our survey on observation environment of the well,the long-trend decreasing variation of water level since 2009is concerned with water dumping in a hot spring well.

water level;water radon;water dumping;well washing

P315.723

A

1003-1375(2011)02-0019-04

2010-04-30

河北省地震局2010年度地震科研基金重点项目“昌黎井水位周期性波动和水温潮汐现象研究”资助

张子广(1961-),男(汉族),河北冀州人,副研究员,主要从事地下流体地震预报与研究.E-mail:zzg@eq-he.ac.cn