杞县豫14井水位突变原因调查研究

刘颖

摘 要：杞县豫14井水位、水温于2021年8月29日出现同步异常变化，水位大幅上升，水温下降。在收集当地水文地质资料的基础上，分析了豫14井突变的产生原因、可靠性及作为地震前兆异常的可能性。结果表明，此次突变可能是河南强降雨导致积水严重，低温地表水渗入井内引起的，作为地震前兆的可能性很小。

关键词：水位;水温;杞县豫14井

中图分类号：P315.723 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）32-0131-06

Investigation Study on the Cause of Water Level Mutation of Yu 14 Well

in Qixian County

LIU Ying

（Kaifeng Seismic Station， Kaifeng Henan 475000）

Abstract： On August 29， 2021， the water level and water temperature of Yu 14 well in Qixian County showed synchronous abnormal changes， and the water level rose sharply， water temperature drop ped. On the basis of collecting local hydrogeological data， this paper analyzes the cause， reliability and possibility of the mutation of Yu14 well as an earthquake precursory anomaly. The results show that the sudden change may be caused by the severe water accumulation caused by the heavy rainfall in Henan and the infiltration of cold surface water into the well， which is not likely to be a precursor of the earthquake.

Keywords： water level;water temperature;jump;reason;Yu 14 Well in Qixian County

豫14井位于開封市杞县南约35 km的官庄乡魏庄村前石寨一队。地理坐标为东经114°38′，北纬34°16′4，地面标高为56.0 m。该区属于豫东黄淮冲积平原，呈现西北高东南低的趋势，坡度很小，为1/3 000～1/5 000。地表水系属于淮河流域。距离台址西不到1 000 m的涡河为季节性河流，流量较小。浅层地下水为第四纪砂层孔隙地下水，埋藏较浅，含量丰富，是当地农田灌溉和生活饮用的主要水源[1]。

杞县豫14井观测项目主要有水位、水温和气象三要素。2021年8月30日，开封市地震台工作人员在进行日常前兆数据处理时发现，杞县豫14井水位、水温于8月29日22：11出现准同步变化，水位突升幅度最高达1.929 m，水温出现0.2 ℃的大幅下降[2]。该井自观测以来水位呈现出缓慢下降趋势，未出现过类似本次大幅上升的现象;水温较稳定，变化幅度在0.01～0.03 ℃。为了揭示变化的原因并判定该变化是否具有前兆意义，对该井进行了大量的调查和研究工作，认为此次变化与河南强降雨有关。

1 观测井和观测系统情况

豫14井位于太康隆起近中部，通许背斜南翼，丁庄次隆起构造的杞县凹陷上。在次隆构造上，奥陶系地层顶板埋深为1 500～1 800 m，而杞县凹陷顶板埋深为2 000～2 600 m，砖桥凹陷新生界地层底板埋深达6 000 m。豫14井处于地形的最高处，向四周倾斜，断裂构造以北北东向为主，次为近东西向和北西向。

豫14井观测井房系1981年建造，建筑面积约15 m[3]。观测井井深为2 960 m，表层套管为175.81 m，技术套管为1 860.06 m。观测含水层位于1 091～1 096 m的二叠系砂岩，厚度为5 m。含水层埋藏深度大，封闭性好，水位稳定，现水位埋深为43.171 m。该井采用水泥固井止水，止水效果良好。

从多年观测资料来看，该井水位相对稳定，反映地壳信息灵敏，具有明显的固体潮效应、气压效应、降雨荷载效应及水震波效应。该井的固体潮潮差最大可以达到250 mm，潮汐因子在3.5以上，是河南省显示固体潮最好的水井之一。

杞县豫14井地震台观测项目主要有水位、水温和气象三要素，仪器使用SWY-Ⅱ型数字式水位仪、SZW-1A数字式水温仪和RTP-2雨量气温气压观测仪。2013年12月，数字化水位、水温仪器投入运行。该台站是无人值守台。

2 水温、水位动态观测与水位突升变化

多年观测结果表明，杞县豫14井水位主要与兰考豫11井、范县豫01井一样，同受聊兰断裂带两侧地热开采活动影响，呈趋势性下降[1]。水位微动态变化与气压和降雨量有关，水温变化趋势平稳，变化受降水、气温和气压影响较小。

此次水位、水温突变同步出现：从SWY-Ⅱ数字式水位仪观测值可知，从8月29日22：11至9月1日23：22，水位仪观测值从43.171 m上升至峰值41.242 m，上升1.929 m，且至9月2日仍未恢复正常;SZW-1A数字式温度计从22：11的21.713 5 ℃下降到9月1日23：35的21.512 0 ℃，至2021年9月10日仍未恢复正常，下降幅度为0.201 5 ℃。历史观测以来，豫14井从未出现过类似的大幅突变现象，异常显著，如图1所示。

3 突升变化原因调查

3.1 观测系统检查

为了查清此次水位突升的原因，现场对水位仪、水温仪主机、传感器、通信系统、供电线路、UPS、供电电压及避雷设施等进行检查。结果显示：主机、传感器及通信系统工作正常;供电线路正常交流222 V（交流-地222 V，零线-地1 V），UPS输出电压220 V，供电系统正常;避雷模块正常，接地电阻正常。由此可知，观测系统工作正常，认为8月29日水位突升变化是真实、客观存在的。

3.2 气象因素分析

多年观测表明，杞县豫14井水位与周边观测井豫11井一样，主要受聊兰断裂带两侧地热开采活动影响，呈趋势性下降[1]。资料表明，豫14井观测含水层与第四紀砂土孔隙潜水含水层相距大约1 000 m，二者不能直接发生水力联系，平时降雨对豫14井影响较小，见图2和图3。

笔者在到达豫14井后即刻对周边情况展开调查。据豫14井观测员介绍，豫14井周边降雨已持续4 d，7月20日起至9月2日当地经历3次强降雨，导致当地地下水及地表水水位上升，河沟水体水面距离地面0.5 m，田内积水较多。豫14井井房周边农田均有较多积水，见图4，较低洼处甚至形成了河沟、水潭。

开封气象部门资料显示，2021年比往年同期的雨水偏多，降雨量偏大。杞县全县21个站（国家站1个，区域站20个），2021年7月20日至9月5日，全县平均降雨量629.3 mm，较常年同期（213 mm）偏多约195.3%，排在1961年以来同期第一位，如表1所示，3个站日降水突破历史极值。其中，官庄站累计降雨量665.6 mm，突破历史极值。官庄乡8月22日降雨量161.22 mm，为2021年最高值，历史第二高值。由官庄乡2021年7月20日至9月5日的降雨量（见图5）得知，豫14井周边呈持续降雨状态，且多数雨量较大，当地发生了内涝，已严重超出官庄乡的降雨荷载能力。

3.3 观测井井孔结构检查

打开封闭的井口盖，先用手电筒检查水井的井壁套管，发现该井的套管井口到达距离地面1 m的位置，在套管与地面之间采用了水泥护壁。从井孔结构看，该井采用水泥止水，止水效果良好，各含水层之间一般不会通过井孔串流。从各层地下水水位来看，豫14井的观测水位埋深为43.171 m，而浅层地下水的埋深仅为0.2～0.3 m。因此，浅层地下水与豫14井观测含水层之间没有直接的水力联系。井下电视检查观测井内部结构情况，如表2所示。这里水位埋深为41.212 m，数字式水位仪探头传感器至井口距离为45 m，入水为2.2 m，数字式水温仪探头传感器距井口200 m，入水为153 m，截图深度需加1 m（此位置为基准起始点）。采用井下电视自上而下对井孔内部结构进行观察，在水泥井壁与套管的变径台阶上有积水，这些水沿井壁下流，钢管套管井壁有小量腐蚀。40～100 m隐约能看到井壁，同时有小颗粒铁锈等飘落物，偶尔能看到许多小气泡，能清晰地看到井口连接处。可见，豫14井的水位上升异常与水泥井壁渗水可能有一定的关系。

3.4 异常分析

3.4.1 引起水位、水温同时变化的原因分析。影响水位变化的因素包括地下水开采、农田灌溉及大气降水等因素，而影响水温观测的因素包括观测层水温、与上层浅水的交互作用、深部来水情况和围岩热交换作用等。

引起同井水位和水温同时变化有3种可能原因[4]。

①深层水上涌引起水温下降。该井随着深度的增加，水温不断升高，深部含水层地下水温度应该远大于探头附近的水温。假设观测井水温变化由深层水上涌引起，那么水温变化是上升而非下降，同时水位也会有明显上升。

②井壁破损引起井孔内外水发生交换作用引起的水位、水温变化。在本次现场核实中，使用井下电视等设备对井孔井壁从井口至水面、从水面至水下100 m进行了细致观察。其中，水面以上井壁可见流水;水面以上及以下井壁完好，没有发现有破损的迹象。

③浅层水进入井筒引起水温下降变化。杞县地形平坦，大气降水是浅层地下水的主要补给来源。地下室埋深较浅，岩性极有利于地下水的渗入补给。地下水水位低于周围地表水水位时，地表径流会渗透通过河床补充地下蓄水层[5]。前期调查发现，当地强降雨地表水已超过荷载，且降雨量仍在持续增加。从周边环境调查结果看，地表水水位为0.2～0.3 m，而豫14井水位为43.171 m。假设观测井水温下降是由浅层低温水进入井管内引起的，水位会有明显的上升变化。通过井下电视观测到水泥井壁渗水严重，且随着雨量增大，进入井内的水流变大，水泥护壁与井孔钢管之间也存在渗水的可能。此外，井壁外地表水的渗入或流入，使得该井水位、水温在观测上出现了明显变化，分别如图12和图13所示。

3.4.2 井壁有腐蚀现象。通过现场井下电视观察，井壁内部存在腐蚀，可见黄色漂浮物。锈腐物个体较小，未造成井壁破损，因此认为井壁腐蚀脱落与本次水位、水温突变无关。

4 结论

根据现场核实及资料分析，杞县豫14井水位、水温同步突变是因为当地近一个月来连续3次强降雨造成浅层地下水快速抬升和地面积水严重，靠近14井钢制套管井口以上的水泥管壁有明显地下水渗出并流入井内，因此该井异常不属于地震前兆异常。上述分析由于缺少水质化学对比的分析，仍存在一定的局限性，因此建议对豫14井进行一次水质化验，检查其是否与地表水水质保持一致，以提高流体观测的科学性。

参考文献：

[1]夏修军.2015年度豫01井豫11井水位趋势下降异常分析报告[R].2015.

[2]肖雯静，徐丹，张钧琪，等.兰考豫11井水温、水位奇异变化原因的调查与研究[J].资源信息与工程，2018（6）：35-38.

[3]王伟才，李秀丽.开封地区浅层地下水水文地质特征浅议[J].华东科技，2013（6）：481.

[4]李惠玲，张登科，高云峰，等.山西大同镇川井水位各类异常特征与成因分析[J].山西地震，2014（3）：21-26.

[5]张军，陈宇卫，陶月潮，等.霍山皖33井水位突变异常成因的研究[J].地震，2009（2）：98-103.