濮陽市井深井?dāng)[維修對水位微動(dòng)態(tài)的影響研究

陳繼闊　李桂清

【摘 要】2014年4月18日至24日，濮陽井深井?dāng)[因故障進(jìn)行了維修，與此同時(shí)，水位觀測探頭提出，停止了水位觀測。25日恢復(fù)觀測后，井水位微動(dòng)態(tài)特征出現(xiàn)異常變化，其水位微動(dòng)態(tài)固體潮、氣壓效應(yīng)消失，觀測曲線變得光滑平直，只表現(xiàn)出水位的趨勢性下降動(dòng)態(tài)。對水位觀測恢復(fù)后出現(xiàn)的水位微動(dòng)態(tài)消失的原因進(jìn)行了分析，并提出了解決的方法。2015年5月通過抽水洗井恢復(fù)了水位微動(dòng)態(tài)正常變化。

【關(guān)鍵詞】深井?dāng)[維修水位微動(dòng)態(tài)消失異常原因分析；抽水；洗井

1 異常概述

濮陽臺(tái)因深井?dāng)[出現(xiàn)故障，于2014年4月18日至24日對深井?dāng)[進(jìn)行了維修，與此同時(shí)，水位觀測探頭提出，停止了水位觀測。2014年4月24日深井?dāng)[維修完畢后，恢復(fù)水位觀測工作。但恢復(fù)水位觀測后，井水位微動(dòng)態(tài)特征出現(xiàn)異常變化，其水位微動(dòng)態(tài)固體潮、氣壓效應(yīng)消失，觀測曲線變得光滑，只表現(xiàn)出水位的趨勢性下降動(dòng)態(tài)。

2 井孔周圍環(huán)境及井孔概況

濮陽井位于濮陽市地震臺(tái)院內(nèi)，是水位、地震觀測井。該井處于市區(qū)范圍內(nèi)，周圍為居民區(qū)和辦公區(qū)。濮陽井井深500 m，最大井斜30ˊ，采用泥球固井。0-80.27m為244mm套管（外徑），80.27-491.13m為130mm套管（外徑）。398.08-441.3m位置上下有兩層篩管。采用泥漿泵循環(huán)潛清泥漿后抽吸至水清，沉砂19cm。根據(jù)測井資料和周圍地層資料，解釋了各層巖性。0-439.55m為粉細(xì)砂與亞粘土互層，亞粘土單層厚度為3.5-31.5m，砂層厚度為2.5-31m，439.5m以下為巨厚層亞粘土。該井地下水水位動(dòng)態(tài)觀測采用了雙層含水層，上層含水層位于396.55-413.05 m，厚度為16.5 m，下層含水層位于425.55-439.55 m，厚度為14.0 m，兩含水層的總厚度為30.55m。

3 水位動(dòng)態(tài)特征

濮陽井水位觀測層埋深400 m左右，屬深層承壓水，井孔封閉良好。多年的觀測結(jié)果顯示，該井水位具有明顯的動(dòng)態(tài)特征變化規(guī)律。

3.1 水位宏觀動(dòng)態(tài)

該井水位宏觀動(dòng)態(tài)屬側(cè)向補(bǔ)給開采型勻速緩降動(dòng)態(tài)，2012-2013年，兩年水位下降5.20米，平均年下降2.6米。在下降過程中，受降雨的影響，水位有所上升，顯示了明顯的降雨效應(yīng)微動(dòng)態(tài)特征。

3.2 水位微動(dòng)態(tài)特征

3.2.1 水位固體潮效應(yīng)

井孔水位固體潮效應(yīng)是固體潮體應(yīng)變的次生效應(yīng)，它是由于天體引潮力作用使地殼產(chǎn)生潮汐變形，其中的含水層也隨之變形，從而引起孔隙水壓發(fā)生變化，導(dǎo)致井孔水位隨引潮力的變化而呈反向周期性變化。水位固體潮幅度最大達(dá)20 mm。

3.2.2 水位氣壓效應(yīng)

井孔水位的氣壓效應(yīng)是中深井中普遍存在的微動(dòng)態(tài)。井孔水位的氣壓效應(yīng)機(jī)理，一般認(rèn)為，當(dāng)大氣壓力同時(shí)作用在井區(qū)大地表面與井孔水面上時(shí)，由于作用在大地表面上的力是通過含水層頂板以上的覆蓋層傳遞到含水層巖體上，其過程中力將被衰減，因此導(dǎo)致井-含水層之間的壓差并引起水流運(yùn)動(dòng)。當(dāng)大氣壓力增大時(shí)，井內(nèi)水向含水層流動(dòng)，導(dǎo)致井孔水位下降，而大氣壓力減少時(shí)，含水層內(nèi)的水向井孔流動(dòng)，導(dǎo)致井孔水位上升。因此，氣壓與井孔水位的關(guān)系表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)。

4 水位微動(dòng)態(tài)異常原因分析

2014年4月25日恢復(fù)觀測后，水位觀測值比正常趨勢變化高0.15m，動(dòng)態(tài)曲線呈快速下降狀態(tài)，但曲線的固體潮及氣壓效應(yīng)幾乎完全消失，這樣的異常變化可能與深井?dāng)[維修提擺、下擺有關(guān)。

2014年4月18-19日，使用小型絞車提擺，但無法提出，多次嘗試，致使絞車齒輪打壞，也沒能提出來。21日更換了大型絞車，開始時(shí)，仍然提不動(dòng)深井?dāng)[，后來加大力量，只提出了深井?dāng)[鋼纜，未提出深井?dāng)[。提出鋼纜后發(fā)現(xiàn)，鋼纜與深井?dāng)[的鏈接卡扣斷裂，因此，只提出鋼纜，未提出深井?dāng)[，整個(gè)擺體留在井孔中。為繼續(xù)開展地震觀測，新購深井?dāng)[一臺(tái)，4月24日完成下擺工作，地震觀測恢復(fù)正常。水位探頭下井后，也恢復(fù)了水位觀測。

安裝深井?dāng)[的井管直徑為120mm（內(nèi)直徑），深井?dāng)[直徑為114.5mm，下擺后，擺與井孔的空隙只有5.5mm。2003年10月安裝了深井?dāng)[（數(shù)字?jǐn)[），至今已使用十余年。十余年來，水位不斷下降，鋼管井壁與鋼纜不斷銹蝕，鐵屑不斷脫落，沉入水下。由于擺體與井壁空隙較小，下落的碎屑物會(huì)沉積在擺體上方，并不斷堆積。提擺前，這些堆積物比較松散，不影響水的通透性。水位觀測結(jié)果顯示水位的固體潮、氣壓效應(yīng)等微動(dòng)態(tài)特征及趨勢性下降變化，觀測正常。深井?dāng)[維修提擺時(shí)，由于碎屑物的存在，阻止了擺的活動(dòng)，因而，提不動(dòng)擺。提擺時(shí)，碎屑物被壓實(shí)，用力越大，壓得越實(shí)在，對擺的阻力越大。所以，小的絞車打壞齒輪也沒能拉出深井?dāng)[。更換大的絞車后，拉斷了鋼纜與擺的鏈接卡扣，說明擺體與井孔完全卡死，結(jié)果只拉出了鋼纜，沒拉出深井?dāng)[?？梢娝樾嘉锍錾淖枇ㄋ懒藬[體，也說明擺體與井孔之間的碎屑物被壓得更實(shí)在。壓實(shí)的碎屑物沒有了通透性，阻止了水的流動(dòng)。因而，水位觀測沒有了微動(dòng)態(tài)特征變化。由于新擺體下水后增加了井孔內(nèi)水體的體積，造成水位上升，因此，恢復(fù)觀測時(shí)，水位值上升了0.15米。由于水的滲透性較強(qiáng)，碎屑物壓實(shí)后不可能不透水，因此，升高的水位呈現(xiàn)出快速下降的狀態(tài)，仍然顯示水位的趨勢性變化特征。

5 恢復(fù)水位微動(dòng)態(tài)特征的方法設(shè)想

根據(jù)井孔80m深變徑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，安裝揚(yáng)程80m的潛水泵抽水。抽水后，井孔內(nèi)水位下降，壓力降低，深井?dāng)[下部的水沿井孔上升，對深井?dāng)[上方的碎屑物產(chǎn)生沖洗作用。若能將壓實(shí)的沉積碎屑物沖開、沖散，則水流通暢，可恢復(fù)水位的微動(dòng)態(tài)變化特征，開展正常的水位觀測工作。此法是否可行，需實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

6 問題的解決

2015年5月購買了110mm直徑的潛水泵，5月26-29日，下泵77米，斷斷續(xù)續(xù)抽水30個(gè)小時(shí)。每次開泵抽水約20分鐘后，管道出水口就有氣泡出現(xiàn)。可見，抽水20分鐘，水位下降到水泵處。由于井孔供水量不夠，產(chǎn)生氣泡。第一天氣泡較多，后幾天氣泡較少。說明抽水使井孔水道通暢，但沒有完全暢通（1992年大流量抽水也未出現(xiàn)斷水現(xiàn)象）。

2015年5月29日恢復(fù)觀測后，水位顯示氣壓效應(yīng)和固體潮，恢復(fù)了正常動(dòng)態(tài)，達(dá)到了抽水洗井的目的，恢復(fù)了正常的動(dòng)態(tài)特征.

7 結(jié)論與討論

1）2014年4月25日后，濮陽井水位微動(dòng)態(tài)的異常變化是由于深井?dāng)[維修提擺時(shí)將其上方脫落的碎屑物壓實(shí)，對水的流動(dòng)產(chǎn)生較大的阻力，影響了井內(nèi)水的流動(dòng)性。

2）同一井孔開展多項(xiàng)目綜合觀測時(shí)，某一項(xiàng)目出現(xiàn)故障，檢查、維修時(shí)會(huì)產(chǎn)生相互影響。地震觀測井進(jìn)行項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)時(shí)要通盤考慮，消除各項(xiàng)目之間以后觀測過程中可能產(chǎn)生的相互影響。

3）本井深井?dāng)[維修影響水位觀測的原因是因?yàn)榫字睆教≡斐傻?。如果井孔直徑再?厘米，就可能不會(huì)產(chǎn)生這種影響，也不會(huì)影響各項(xiàng)目的正常安裝使用。因此，地震觀測井在設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮多種觀測儀器在同一水井安裝使用時(shí)，適當(dāng)增大井孔直徑，以保證以后觀測儀器檢查維修時(shí)對其他項(xiàng)目不造成影響，從而取得準(zhǔn)確、完整、連續(xù)的觀測資料。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：張濤]