山东枣庄鲁15井水位模拟观测资料变化特征分析

宋 磊

（山东省枣庄市地震监测中心站，山东 枣庄 277800）

山东枣庄鲁15井水位模拟观测资料变化特征分析

宋 磊

（山东省枣庄市地震监测中心站，山东 枣庄 277800）

通过对鲁15井水位动态观测资料整理和分析，进一步总结了该井水位年变化规律，作出了观测环境对水位观测影响因素评价；利用线性回归方法，定性和定量的阐述了固体潮、气压对水位变化的影响；最后得出了该井水位变化的主要特征，为进一步分析和应用该井数据提供了重要的基础参考。

水位；年变规律；固体潮；气压；主要特征

0 引言

深井水位前兆观测，是开展地震分析预报研究的重要手段之一。鲁15井1980年1月正式投入地震地下流体水位观测，是山东省重要的地下流体观测点之一。本文对鲁15井水位动态年变规律、影响因素、固体潮及气压效应进行了深入研究，分析总结出了该井水位变化的主要特征，为进一步分析和应用该井数据提供了重要的基础参考。

1 井孔及观测概括

鲁15井位于山东省枣庄市薛城区邹坞镇马庄村北，原为枣庄矿业集团钻探的水文观测孔。该井井深501.63 m，开口直径110 mm，终孔直径91 mm，下108 mm套管239.63 m。揭露含水层为二叠纪石盆子组砂岩孔隙裂隙承压水，井孔构造位置处于陶枣断裂南侧约193 m。目前具有水位、水温两个主测项，还进行了气压和降雨量辅助测项观测。该井采用的是SW 40-1型模拟水位仪，1980年1月投入模拟水位观测。2006年底，又安装了LN-3 A型数字化水位仪，2007年1月开始对水位模拟与数字化并行观测。

2 资料的选取

本文模拟观测资料采用的是2001年1月1日至2012年12月31日时间段内水位、气压观测数据。在资料分析过程中，尽量避开了存在水位干扰和设备故障的时间段，确保了数据的连续性和可靠性。

3 水位动态特征

从鲁15井井水位多年动态变化可见（如图1），水位动态变化属于年变型，该井水位受降雨渗入补给影响较大，多年水位动态曲线随降雨量大小而起伏变化，年水位动态曲线则随季节变化。枣庄地区每年5—9月进入雨季，水位上升，出现最高值。10月至次年4月进入旱季，水位下降，出现最低值。据统计，2001—2012年水位平均值为43.55 m，水位最大年变幅度为2.657 m。水位月或日动态随降雨过程变化，作出每日水位差值曲线，可见明显的水位变化影响值得一提的是，2009—2010年井水位出现一个缓慢下降过程，两年水位平均值为43.87 m，平均水位下降了 32 cm。经分析，2001—2012年记录到该区平均降雨量为583.9 mm，2009—2010两年平均降雨量为413 mm，减少了170.9 mm，引起地下水位下降，处于相对干旱时期。

4 水位影响因素评价

根据地下水位影响因素的分类，针对以往收集的鲁15井各项观测资料，结合实际观测研究和经验，对该井地下水位影响因素做出综合评价（表1）。经过分析总结，该井水位变化受降雨渗入、固体潮、降雨荷载等因素影响明显，存在气压、地震波、邻层抽水等因素影响，其他因素影响不明显。这为在地震前兆观测中判定地震异常提供了重要的参考依据。

图1 鲁15井模拟水位变化曲线Fig.1 The Curve of Sim u lated W ater Level in Lu-15 W ell

表1 鲁15井环境因素影响评价Tab.1 The Environm ent Im pact Assessm ent on Lu-15 W ell

5 固体潮效应分析

井水位的固体潮效应，指在日、月引力作用下随着含水层体积的压缩与膨胀变形引起的井水位有规律变化。当测点距离日月距离变小时，受到引力增大，含水层发生相对膨胀变形，孔隙度增大，孔隙水压降低，井水位下降；相反，当测点距离日月距离变大时，受到引力减小，含水层发生相对压缩变形，孔隙度减小，孔隙水压升高，井水位上升。鲁15井记录到的固体潮效应非常明显（图2），水位最大日潮差可达14.2cm（见表2），可见该水位对地壳弹性形变的反映较为灵敏。

图2 鲁15井模拟水位与固体潮理论值曲线Fig.2 The curve o f the Sim u lated W ater Level and Tidal Theoretic Values of Lu-15 W ell

表2 鲁15井各年固体潮最大日潮差值统计表Tab.2 Statistics on the M axim um Diurnal Tida l Differences of Lu-15 W ell

井水位观测是一个长期的持续过程，由于该井受降雨等影响较大，我们在选择固体潮分析样本时尽量选取数据观测效果较好、数据连续、干扰较小且时间跨度较长的数据段。鲁15井为静水位，水位埋深同水位的实际高度变化成反比。在所选时间段内对水位埋深与理论固体潮整点值作散点图分析（图3），可见水位与固体潮数据呈现出线性分布特征。将所选数据进行一元线性回归计算，得到观测数据与固体潮相关系数R、截距a和斜率b。对所选5组样本计算得到结果显示R在-0.524—-0.724，平均值为-0.637。说明水位变化受到固体潮影响较为明显，所求相关系数为负值，从而证明实际水位高度与固体潮变化具有较好的正相关性。

图3 鲁15井水位埋深与固体潮整点值散点图Fig.3 The W ater Dep th and Tidal Station Scatter Diagram of Lu-15 W ell

表3 鲁15井水位埋深与理论固体潮一元线性回归结果Tab le 3 The L inear Regression Resu lt of W ater Dep th and Theoretic Solid Tide on Lu-15 W ell

6 气压效应分析

井水位的气压效应是指井水位随气压的波动而表现出的起伏现象。这种动态的基本特征表现为水位变化与气压变化呈现反向，具有负相关性。气压系数是表征井水位气压效应以及井孔水位对含水层应力应变反映灵敏程度的重要指标。井水位气压系数（或气压效率）是指单位气压变化量引起的井水位变化量，单位为mm/hPa。即：

其中：BP为气压系数，Δpa为气压变化量，Δh为气压引起的井水位变化量。气压系数越大，表明井水位气压效应越大，对含水层应力应变反映越灵敏。

鲁15井能够记录到气压效应，某些时段较为明显。样本数据选取的是受外界干扰较小、数据连续的时间段。如图4所示，选取的是2002年1月份数据，作出日均值曲线，可见较为明显的水位与气压变化之间的负相关关系。采用一元线性回归方法，以气压整点值为自变量，水位整点值为因变量，可以方便快捷地改正气压对水位观测值的影响。对鲁15井观测值进行气压改正，得到气压系数为0.235 mm/h Pa，水位与气压相关系数R= 0.384，结果表明水位与气压具有较好的负相关性。

图4 鲁15井水位和气压变化曲线Fig.4 The change curve of the W ater Level and Pressure on Lu-15 W ell

7 结论

通过对枣庄鲁15井水位观测资料变化特征进行分析，可以得出以下结论：

（1）从水位长期动态显示，鲁15井年变特征比较鲜明，季节性较强，进入雨季水位呈现高值，旱季水位呈现低值，具有明显的周期性特点。

（2）通过对井水位影响因素的评价，认为该井水位变化受降雨渗人、固体潮、降雨荷载等因素影响明显，存在气压、地震波、邻层抽水等因素影响，其他因素影响不明显。这为在地震前兆观测中判定地震异常提供了重要的参考依据。

（3）通过对井水位固体潮分析，鲁15井水位受到固体潮效应较为明显。水位变化与理论固体潮变化存在较强的正相关性。表明该井对地壳弹性形变的反映较为灵敏。

（4）通过对井水位气压效应分析，鲁15井水位观测变化受气压影响，水位变化与气压变化具有较好的负相关性。

［1］ 中国地震局监测预报司.地震地下流体理论基础与观测技术［M］.北京：地震出版社，2007.

［2］ 国家地震局科技监测司.地震地下流体观测技术［M］.北京：地震出版社，1995.

［3］ 马志峰.枣庄市地震志［M］.北京：新华出版社，2006.

［4］ 呼晶磊，张子广，盛艳蕊，等.2000年以来马17井水位、气压观测资料分析［J］.华北地震科学，2013，3（1）：51-57.

［5］ 耿杰，任桂香，王忠民，等.山东数字化水位观测资料与模拟观测资料的对比分析［J］.地震地质，2001，9（3）：455-463.

［6］ 董守玉，贾化周，万迪堃，等.井水位气压系数的探讨［J］.地震研究，1987，1（1）：63-70.

［7］ 苏道磊，董晓娜，王晓军，等.济南地区地下水位观测井固体潮对比分析［J］.山东国土资源，2007，4（4）：7-10.

［8］ 中国地震局.地震及前兆数字观测技术规范［M］.北京：地震出版社，2001.

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，助理工程师，主要从事地震监测与应急工作。