地方地下水位异常特性探析

根据《地震台站观测环境技术要求》中地下流体观测环境的要求，第四系松散砂砾石孔隙含水层地区，粉砂孔隙水层中最大干扰距离为1km，细砂层中为1．5km，中砂层中为2．5km，粗砂层中为3km，砾石层中为6km，而漫水井的干扰源小于规范中所要求的距离。若是干扰源超过上述规定距离时，一般对观测井不会产生干扰。(3)时间上的相关性指干扰出现的时段与干扰源作用时段的关系，通常是二者时间段一致或干扰出现时段略有滞后。如，2010年8月静乐井受9日、10日强降雨影响，由于大气降水的荷载效应，观测井水位12日大幅上升，降雨停止后水位下降等。关于干扰源作用时段与干扰出现时段之间滞后的时间长度，可能受水文地质条件、观测井距降雨渗入补给区距离、含水层的渗透性或导水性、降雨量等多种因素的影响。(4)强度上的相关性指干扰源的作用强度与干扰的幅(强)度间的关系，一般干扰作用越强，干扰幅度越大，特别是干扰的幅度随干扰作用强度和时间的变化而变化。以沁县漫水井抽水干扰为例，抽水量大时，水位下降幅度大;抽水量变小时，水位下降幅度也小，往往二者间表现出较好的相关性。地下流体动态的异常变化，符合上述4个方面的相关性，可判定为干扰异常。

1水位观测干扰异常类型及典型实例

山西地下水位观测网多年的观测实践表明，引起干扰异常的因素较多，有来自观测系统的干扰，也有来自观测环境的干扰，现分述如下。观测技术系统的干扰在地下水位连续观测中，观测技术系统对井水位的影响非常明显，也很普遍。常见干扰因素有传感器、采集器或通讯线路故障，时间服务系统故障，电源电压不稳或交直流电源切换影响等。1)仪器设备故障引起的干扰(1)介休井数字水位仪因探头故障，出现高频干扰数据。介休井数字水位仪2011年9月14日观测曲线出现不明原因的高频干扰，查看观测环境无变化，无人为干扰，初步判定为探头故障，16日更换探头后数据曲线恢复正常(见图1)。(2)静乐井数字水位仪因主机故障，导致观测数据异常变化。静乐井数字水位仪2011年6月7日17:08因雷击导致仪器主机故障，致使水位数据大幅突跳，严重影响正常曲线形态(见图2)。(3)祁县井数字水位仪2011年1月16日出现断电现象，仪器因处于低电压状态出现设置参数错误的现象，导致16日至17日协转器无法正常从仪器中采集数据，造成数据缺失(见图3)。2)仪器运行环境引起的干扰(1)静乐井数字水位仪因交直流电源切换，影响水位观测数据，产生台阶。静乐井数字水位仪2010年6月5日、17日由于交直流电源切换，导致水位数据产生台阶，对水位正常动态曲线造成干扰(见图4)。(2)祁县井数字水位仪因停电导致仪器不能正常运行。祁县井数字水位仪2012年6月8日至9日因当地交流供电检修，仪器自带电瓶供电不足导致数据变化、仪器缺记(见图5)。(3)朔州井数字水位仪因交流供电不正常对观测仪器造成干扰。朔州井数字水位仪2010年7月8日因当地交流供电不稳定，15时到20时观测数据频繁突跳(见图6)。

2观测条件改变出现的干扰

井水位观测条件改变出现的干扰包括:井孔塌陷与井管变形，井管腐蚀、开裂、漏水，观测井井口改造，观测仪器更换、维修等。山西地下水位观测中，常见的因观测条件改变引起干扰的典型实例是镇川井泄流口堵塞引起的干扰异常。镇川井数字水位仪2010年8月2日12:30、2011年2月28日01:50因排水管道堵塞引起数据变化(见图7)。

3观测环境变化引起的干扰

引起观测环境变化的因素既有地质—水文因素，也有气象因素，更有人类的各种活动。影响山西地下水位观测的主要干扰因素有:气压、大风、雷电、降雨等气象因素，相邻含水层富水性变化，新井开采或工业用抽水等。1)井区自然环境变化引起的干扰(1)夏县井水位数据受气压影响。从夏县台井水位与气压对比曲线图可以看出，水位与气压呈现出负相关关系，即气压值升高引起水位下降，气压值降低引起水位上升(见图8)。(2)静乐井水位数据受大风干扰。静乐井数字水位仪2011年3月23日09:00至21:00记录曲线有大风干扰(见第19页图9)。

4结论及讨论

地震地下水位观测过程中，干扰异常在井水位动态的研究中普遍存在而又相当复杂，文章通过对山西地下水位观测网各类干扰异常产生原因、形态特征的分析，围绕观测技术系统、观测条件、观测环境三方面的干扰因素，依据干扰异常判定方法，详细分类并给出常见的干扰异常图例。这一研究结果可应用于以下两个方面。(1)在地震前兆监测中，监测人员通过识别干扰异常图像类型，及时排除因观测系统、人为等因素对仪器造成的干扰。(2)在地震分析预报中，可能会对地下水位异常识别有一定的参考价值。目前排除干扰异常局限于宏观分析，缺乏干扰因素对井水位动态影响程度的数据分析，因此，继续深入探讨各类干扰因素对井水位动态的影响，在地震分析预报工作中有着重要意义［2-3］。

作者：穆慧敏 程冬焱 胡玉良 赵晓芸 张正霞 李惠玲 单位：山西省地震局 山西省地震局代县中心地震台 太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站