宋 磊

（山東省棗莊市地震監(jiān)測中心站，山東 棗莊 277800）

山東棗莊魯15井水位模擬觀測資料變化特征分析

宋 磊

（山東省棗莊市地震監(jiān)測中心站，山東 棗莊 277800）

通過對魯15井水位動態(tài)觀測資料整理和分析，進一步總結(jié)了該井水位年變化規(guī)律，作出了觀測環(huán)境對水位觀測影響因素評價；利用線性回歸方法，定性和定量的闡述了固體潮、氣壓對水位變化的影響；最后得出了該井水位變化的主要特征，為進一步分析和應(yīng)用該井數(shù)據(jù)提供了重要的基礎(chǔ)參考。

水位；年變規(guī)律；固體潮；氣壓；主要特征

0 引言

深井水位前兆觀測，是開展地震分析預(yù)報研究的重要手段之一。魯15井1980年1月正式投入地震地下流體水位觀測，是山東省重要的地下流體觀測點之一。本文對魯15井水位動態(tài)年變規(guī)律、影響因素、固體潮及氣壓效應(yīng)進行了深入研究，分析總結(jié)出了該井水位變化的主要特征，為進一步分析和應(yīng)用該井數(shù)據(jù)提供了重要的基礎(chǔ)參考。

1 井孔及觀測概括

魯15井位于山東省棗莊市薛城區(qū)鄒塢鎮(zhèn)馬莊村北，原為棗莊礦業(yè)集團鉆探的水文觀測孔。該井井深501.63 m，開口直徑110 mm，終孔直徑91 mm，下108 mm套管239.63 m。揭露含水層為二疊紀石盆子組砂巖孔隙裂隙承壓水，井孔構(gòu)造位置處于陶棗斷裂南側(cè)約193 m。目前具有水位、水溫兩個主測項，還進行了氣壓和降雨量輔助測項觀測。該井采用的是SW 40-1型模擬水位儀，1980年1月投入模擬水位觀測。2006年底，又安裝了LN-3 A型數(shù)字化水位儀，2007年1月開始對水位模擬與數(shù)字化并行觀測。

2 資料的選取

本文模擬觀測資料采用的是2001年1月1日至2012年12月31日時間段內(nèi)水位、氣壓觀測數(shù)據(jù)。在資料分析過程中，盡量避開了存在水位干擾和設(shè)備故障的時間段，確保了數(shù)據(jù)的連續(xù)性和可靠性。

3 水位動態(tài)特征

從魯15井井水位多年動態(tài)變化可見（如圖1），水位動態(tài)變化屬于年變型，該井水位受降雨滲入補給影響較大，多年水位動態(tài)曲線隨降雨量大小而起伏變化，年水位動態(tài)曲線則隨季節(jié)變化。棗莊地區(qū)每年5—9月進入雨季，水位上升，出現(xiàn)最高值。10月至次年4月進入旱季，水位下降，出現(xiàn)最低值。據(jù)統(tǒng)計，2001—2012年水位平均值為43.55 m，水位最大年變幅度為2.657 m。水位月或日動態(tài)隨降雨過程變化，作出每日水位差值曲線，可見明顯的水位變化影響值得一提的是，2009—2010年井水位出現(xiàn)一個緩慢下降過程，兩年水位平均值為43.87 m，平均水位下降了 32 cm。經(jīng)分析，2001—2012年記錄到該區(qū)平均降雨量為583.9 mm，2009—2010兩年平均降雨量為413 mm，減少了170.9 mm，引起地下水位下降，處于相對干旱時期。

4 水位影響因素評價

根據(jù)地下水位影響因素的分類，針對以往收集的魯15井各項觀測資料，結(jié)合實際觀測研究和經(jīng)驗，對該井地下水位影響因素做出綜合評價（表1）。經(jīng)過分析總結(jié)，該井水位變化受降雨滲入、固體潮、降雨荷載等因素影響明顯，存在氣壓、地震波、鄰層抽水等因素影響，其他因素影響不明顯。這為在地震前兆觀測中判定地震異常提供了重要的參考依據(jù)。

圖1 魯15井模擬水位變化曲線Fig.1 The Curve of Sim u lated W ater Level in Lu-15 W ell

表1 魯15井環(huán)境因素影響評價Tab.1 The Environm ent Im pact Assessm ent on Lu-15 W ell

5 固體潮效應(yīng)分析

井水位的固體潮效應(yīng)，指在日、月引力作用下隨著含水層體積的壓縮與膨脹變形引起的井水位有規(guī)律變化。當測點距離日月距離變小時，受到引力增大，含水層發(fā)生相對膨脹變形，孔隙度增大，孔隙水壓降低，井水位下降；相反，當測點距離日月距離變大時，受到引力減小，含水層發(fā)生相對壓縮變形，孔隙度減小，孔隙水壓升高，井水位上升。魯15井記錄到的固體潮效應(yīng)非常明顯（圖2），水位最大日潮差可達14.2cm（見表2），可見該水位對地殼彈性形變的反映較為靈敏。

圖2 魯15井模擬水位與固體潮理論值曲線Fig.2 The curve o f the Sim u lated W ater Level and Tidal Theoretic Values of Lu-15 W ell

表2 魯15井各年固體潮最大日潮差值統(tǒng)計表Tab.2 Statistics on the M axim um Diurnal Tida l Differences of Lu-15 W ell

井水位觀測是一個長期的持續(xù)過程，由于該井受降雨等影響較大，我們在選擇固體潮分析樣本時盡量選取數(shù)據(jù)觀測效果較好、數(shù)據(jù)連續(xù)、干擾較小且時間跨度較長的數(shù)據(jù)段。魯15井為靜水位，水位埋深同水位的實際高度變化成反比。在所選時間段內(nèi)對水位埋深與理論固體潮整點值作散點圖分析（圖3），可見水位與固體潮數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出線性分布特征。將所選數(shù)據(jù)進行一元線性回歸計算，得到觀測數(shù)據(jù)與固體潮相關(guān)系數(shù)R、截距a和斜率b。對所選5組樣本計算得到結(jié)果顯示R在-0.524—-0.724，平均值為-0.637。說明水位變化受到固體潮影響較為明顯，所求相關(guān)系數(shù)為負值，從而證明實際水位高度與固體潮變化具有較好的正相關(guān)性。

圖3 魯15井水位埋深與固體潮整點值散點圖Fig.3 The W ater Dep th and Tidal Station Scatter Diagram of Lu-15 W ell

表3 魯15井水位埋深與理論固體潮一元線性回歸結(jié)果Tab le 3 The L inear Regression Resu lt of W ater Dep th and Theoretic Solid Tide on Lu-15 W ell

6 氣壓效應(yīng)分析

井水位的氣壓效應(yīng)是指井水位隨氣壓的波動而表現(xiàn)出的起伏現(xiàn)象。這種動態(tài)的基本特征表現(xiàn)為水位變化與氣壓變化呈現(xiàn)反向，具有負相關(guān)性。氣壓系數(shù)是表征井水位氣壓效應(yīng)以及井孔水位對含水層應(yīng)力應(yīng)變反映靈敏程度的重要指標。井水位氣壓系數(shù)（或氣壓效率）是指單位氣壓變化量引起的井水位變化量，單位為mm/hPa。即：

其中：BP為氣壓系數(shù)，Δpa為氣壓變化量，Δh為氣壓引起的井水位變化量。氣壓系數(shù)越大，表明井水位氣壓效應(yīng)越大，對含水層應(yīng)力應(yīng)變反映越靈敏。

魯15井能夠記錄到氣壓效應(yīng)，某些時段較為明顯。樣本數(shù)據(jù)選取的是受外界干擾較小、數(shù)據(jù)連續(xù)的時間段。如圖4所示，選取的是2002年1月份數(shù)據(jù)，作出日均值曲線，可見較為明顯的水位與氣壓變化之間的負相關(guān)關(guān)系。采用一元線性回歸方法，以氣壓整點值為自變量，水位整點值為因變量，可以方便快捷地改正氣壓對水位觀測值的影響。對魯15井觀測值進行氣壓改正，得到氣壓系數(shù)為0.235 mm/h Pa，水位與氣壓相關(guān)系數(shù)R= 0.384，結(jié)果表明水位與氣壓具有較好的負相關(guān)性。

圖4 魯15井水位和氣壓變化曲線Fig.4 The change curve of the W ater Level and Pressure on Lu-15 W ell

7 結(jié)論

通過對棗莊魯15井水位觀測資料變化特征進行分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）從水位長期動態(tài)顯示，魯15井年變特征比較鮮明，季節(jié)性較強，進入雨季水位呈現(xiàn)高值，旱季水位呈現(xiàn)低值，具有明顯的周期性特點。

（2）通過對井水位影響因素的評價，認為該井水位變化受降雨滲人、固體潮、降雨荷載等因素影響明顯，存在氣壓、地震波、鄰層抽水等因素影響，其他因素影響不明顯。這為在地震前兆觀測中判定地震異常提供了重要的參考依據(jù)。

（3）通過對井水位固體潮分析，魯15井水位受到固體潮效應(yīng)較為明顯。水位變化與理論固體潮變化存在較強的正相關(guān)性。表明該井對地殼彈性形變的反映較為靈敏。

（4）通過對井水位氣壓效應(yīng)分析，魯15井水位觀測變化受氣壓影響，水位變化與氣壓變化具有較好的負相關(guān)性。

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Analysis on the Characteristics of the Sim u lation Data of W ell W ater Level of Shandong Zaozhuang Lu-15

Song Lei

（Earthquake Monitoring Center Station of Zaozhuang，Zaozhuang 277800，China）

Through data collection and analysis of dynamic observation of the Lu-15 Well，the author summarizes the annual variation of water level in the well，evaluates the influence of observation environment on the water level observation.Qualitative and quantitative describes the in fluence of tide，atmospheric pressure on the change of water level.Finally，the author summarizes the main features of the well water level change，p roviding the basis for an important reference for further analysis and application of the well data.

water level；annual variation；solid tide；pressure；main features

P315.72

A

1673-8047（2014）02-0030-06

2014-01-15

宋 磊（1985—），男，本科，助理工程師，主要從事地震監(jiān)測與應(yīng)急工作。