濮阳市井深井摆维修对水位微动态的影响研究

陈继阔　李桂清

【摘 要】2014年4月18日至24日，濮阳井深井摆因故障进行了维修，与此同时，水位观测探头提出，停止了水位观测。25日恢复观测后，井水位微动态特征出现异常变化，其水位微动态固体潮、气压效应消失，观测曲线变得光滑平直，只表现出水位的趋势性下降动态。对水位观测恢复后出现的水位微动态消失的原因进行了分析，并提出了解决的方法。2015年5月通過抽水洗井恢复了水位微动态正常变化。

【关键词】深井摆维修水位微动态消失异常原因分析；抽水；洗井

1 异常概述

濮阳台因深井摆出现故障，于2014年4月18日至24日对深井摆进行了维修，与此同时，水位观测探头提出，停止了水位观测。2014年4月24日深井摆维修完毕后，恢复水位观测工作。但恢复水位观测后，井水位微动态特征出现异常变化，其水位微动态固体潮、气压效应消失，观测曲线变得光滑，只表现出水位的趋势性下降动态。

2 井孔周围环境及井孔概况

濮阳井位于濮阳市地震台院内，是水位、地震观测井。该井处于市区范围内，周围为居民区和办公区。濮阳井井深500 m，最大井斜30ˊ，采用泥球固井。0-80.27m为244mm套管（外径），80.27-491.13m为130mm套管（外径）。398.08-441.3m位置上下有两层筛管。采用泥浆泵循环潜清泥浆后抽吸至水清，沉砂19cm。根据测井资料和周围地层资料，解释了各层岩性。0-439.55m为粉细砂与亚粘土互层，亚粘土单层厚度为3.5-31.5m，砂层厚度为2.5-31m，439.5m以下为巨厚层亚粘土。该井地下水水位动态观测采用了双层含水层，上层含水层位于396.55-413.05 m，厚度为16.5 m，下层含水层位于425.55-439.55 m，厚度为14.0 m，两含水层的总厚度为30.55m。

3 水位动态特征

濮阳井水位观测层埋深400 m左右，属深层承压水，井孔封闭良好。多年的观测结果显示，该井水位具有明显的动态特征变化规律。

3.1 水位宏观动态

该井水位宏观动态属侧向补给开采型匀速缓降动态，2012-2013年，两年水位下降5.20米，平均年下降2.6米。在下降过程中，受降雨的影响，水位有所上升，显示了明显的降雨效应微动态特征。

3.2 水位微动态特征

3.2.1 水位固体潮效应

井孔水位固体潮效应是固体潮体应变的次生效应，它是由于天体引潮力作用使地壳产生潮汐变形，其中的含水层也随之变形，从而引起孔隙水压发生变化，导致井孔水位随引潮力的变化而呈反向周期性变化。水位固体潮幅度最大达20 mm。

3.2.2 水位气压效应

井孔水位的气压效应是中深井中普遍存在的微动态。井孔水位的气压效应机理，一般认为，当大气压力同时作用在井区大地表面与井孔水面上时，由于作用在大地表面上的力是通过含水层顶板以上的覆盖层传递到含水层岩体上，其过程中力将被衰减，因此导致井-含水层之间的压差并引起水流运动。当大气压力增大时，井内水向含水层流动，导致井孔水位下降，而大气压力减少时，含水层内的水向井孔流动，导致井孔水位上升。因此，气压与井孔水位的关系表现出负相关。

4 水位微动态异常原因分析

2014年4月25日恢复观测后，水位观测值比正常趋势变化高0.15m，动态曲线呈快速下降状态，但曲线的固体潮及气压效应几乎完全消失，这样的异常变化可能与深井摆维修提摆、下摆有关。

2014年4月18-19日，使用小型绞车提摆，但无法提出，多次尝试，致使绞车齿轮打坏，也没能提出来。21日更换了大型绞车，开始时，仍然提不动深井摆，后来加大力量，只提出了深井摆钢缆，未提出深井摆。提出钢缆后发现，钢缆与深井摆的链接卡扣断裂，因此，只提出钢缆，未提出深井摆，整个摆体留在井孔中。为继续开展地震观测，新购深井摆一台，4月24日完成下摆工作，地震观测恢复正常。水位探头下井后，也恢复了水位观测。

安装深井摆的井管直径为120mm（内直径），深井摆直径为114.5mm，下摆后，摆与井孔的空隙只有5.5mm。2003年10月安装了深井摆（数字摆），至今已使用十余年。十余年来，水位不断下降，钢管井壁与钢缆不断锈蚀，铁屑不断脱落，沉入水下。由于摆体与井壁空隙较小，下落的碎屑物会沉积在摆体上方，并不断堆积。提摆前，这些堆积物比较松散，不影响水的通透性。水位观测结果显示水位的固体潮、气压效应等微动态特征及趋势性下降变化，观测正常。深井摆维修提摆时，由于碎屑物的存在，阻止了摆的活动，因而，提不动摆。提摆时，碎屑物被压实，用力越大，压得越实在，对摆的阻力越大。所以，小的绞车打坏齿轮也没能拉出深井摆。更换大的绞车后，拉断了钢缆与摆的链接卡扣，说明摆体与井孔完全卡死，结果只拉出了钢缆，没拉出深井摆。可见碎屑物出生的阻力卡死了摆体，也说明摆体与井孔之间的碎屑物被压得更实在。压实的碎屑物没有了通透性，阻止了水的流动。因而，水位观测没有了微动态特征变化。由于新摆体下水后增加了井孔内水体的体积，造成水位上升，因此，恢复观测时，水位值上升了0.15米。由于水的渗透性较强，碎屑物压实后不可能不透水，因此，升高的水位呈现出快速下降的状态，仍然显示水位的趋势性变化特征。

5 恢复水位微动态特征的方法设想

根据井孔80m深变径的结构特点，安装扬程80m的潜水泵抽水。抽水后，井孔内水位下降，压力降低，深井摆下部的水沿井孔上升，对深井摆上方的碎屑物产生冲洗作用。若能将压实的沉积碎屑物冲开、冲散，则水流通畅，可恢复水位的微动态变化特征，开展正常的水位观测工作。此法是否可行，需实验验证。

6 问题的解决

2015年5月购买了110mm直径的潜水泵，5月26-29日，下泵77米，断断续续抽水30个小时。每次开泵抽水约20分钟后，管道出水口就有气泡出现。可见，抽水20分钟，水位下降到水泵处。由于井孔供水量不够，产生气泡。第一天气泡较多，后几天气泡较少。说明抽水使井孔水道通畅，但没有完全畅通（1992年大流量抽水也未出现断水现象）。

2015年5月29日恢复观测后，水位显示气压效应和固体潮，恢复了正常动态，达到了抽水洗井的目的，恢复了正常的动态特征.

7 结论与讨论

1）2014年4月25日后，濮阳井水位微动态的异常变化是由于深井摆维修提摆时将其上方脱落的碎屑物压实，对水的流动产生较大的阻力，影响了井内水的流动性。

2）同一井孔开展多项目综合观测时，某一项目出现故障，检查、维修时会产生相互影响。地震观测井进行项目工程设计时要通盘考虑，消除各项目之间以后观测过程中可能产生的相互影响。

3）本井深井摆维修影响水位观测的原因是因为井孔直径太小造成的。如果井孔直径再大2厘米，就可能不会产生这种影响，也不会影响各项目的正常安装使用。因此，地震观测井在设计时，要考虑多种观测仪器在同一水井安装使用时，适当增大井孔直径，以保证以后观测仪器检查维修时对其他项目不造成影响，从而取得准确、完整、连续的观测资料。

【参考文献】

[1]汪成民.中国地震地下水动态观测网[M].北京，地震出版社，1990.

[2]汪成民，车用太，万迪堃.地下水微动态研究[M].北京，地震出版社，1988.

[3]车用太，鱼金子，等.地震地下流体学[M].北京，气象出版社，2006.

[责任编辑：张涛]