三峽井網(wǎng)水平井土鯽2年觀測分析

三峽井網(wǎng)水平井土鯽2年觀測分析

0地下流體東南角觀測項目長江三峽工程為監(jiān)測水庫激發(fā)的地震地下動態(tài)觀測井網(wǎng)（以下簡稱三氟井網(wǎng)）而設計。八個觀測井由計算機組成（劉梧州等，2002），包括水位、水溫和土壤有機氣候的三個16個觀測項目，以及降水、壓力、溫度和庫水位的四個輔助項目（車輛臺等，2002b）。井網(wǎng)于2000年底建成,自2001年初開始運行,已產(chǎn)出了大量觀測數(shù)據(jù)。通過對1年來產(chǎn)出的數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)整理與分析,建立了各井臺各測項的正常動態(tài),并對各測項之間的相互關(guān)系及鄰區(qū)中小地震前出現(xiàn)的一些異?，F(xiàn)象進行了分析和解釋。1數(shù)據(jù)來源及缺失三峽井網(wǎng)包括8口觀測井和25個觀測項目,另外,在茅坪井臺附近還設了庫水位觀測。井網(wǎng)自2001年1月開始運行,總體情況良好,年平均數(shù)據(jù)完整率為94.8%(表1)。部分數(shù)據(jù)缺失的主要原因是雷擊,由于通訊系統(tǒng)中斷,數(shù)據(jù)無法調(diào)取;其次是部分臺站周圍地區(qū)的農(nóng)用電網(wǎng)改造,電壓不穩(wěn)和無規(guī)律的停電致使部分儀器設備發(fā)生故障或損壞,從而影響了數(shù)據(jù)的采集和傳輸。2地下流體的分類三峽井網(wǎng)的地下流體動態(tài)分析以2001年1—12月井網(wǎng)的實際觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。分析的主要目標是建立地下流體的正常動態(tài),包括井水位、水溫和土氡3個主測項。在此基礎(chǔ)上,分析和解釋ML3.6地震前出現(xiàn)的部分地下流體異常。2.1垂直距離的概念本文中的井水位指傳感器底端到井水面的垂直距離,相當于某一固定基準面以上的水柱高度值。年動態(tài)曲線以日均值或月均值為基礎(chǔ),月動態(tài)曲線以整點值為基礎(chǔ)繪制。2.1.1含水層彈性儲水量基本情況三峽井網(wǎng)8口井的水位年動態(tài)類型(圖1)可分為3種:起伏上升型、趨勢下降型與起伏型。W6井與W8井的動態(tài)為起伏上升型,年升幅分別為0.40m與0.95m,上升主要發(fā)生在4—6月與8—10月,其余月份相對平穩(wěn)或下降。W5與W7井為趨勢下降型,年降幅度分別為0.13m與0.30m。這2口井均為自流井,下降過程呈起伏變化,這類動態(tài)反映了含水層的彈性儲水量的消耗。W1—W4井均為起伏型,其基本特征是1—3月下降,4—5月上升,5—6月下降,7—8月上升,9—12月下降。水位形態(tài)總體復雜,年變幅度為0.34～1.08m不等(表2)。2.1.2月動態(tài)特征結(jié)果井水位的月動態(tài)除包含趨勢變化之外,還有潮汐效應、氣壓效應與降雨滲入補給效應等。圖2a為典型的潮汐效應,圖2b為典型的氣壓效應與降雨滲入補給效應。潮汐效應與氣壓效應反映了井水位對地殼應力應變的響應能力;而降雨滲入補給效應則反映了井水位受一定程度的降雨干擾。井水位月動態(tài)特征的分析結(jié)果列于表3中。由表3可見,水位的月動態(tài)類型多樣,月變幅多為0.1～1.0m,日潮差為26～86mm,依此計算出的井水位對于地殼體應變的響應靈敏度為1.3×10-9～3.9×10-10體應變/mm。根據(jù)2001年1月1日至12月30日的數(shù)據(jù)計算結(jié)果,M2波的潮汐因子多為0.3～1.4。每口觀測井均有一定的氣壓效應,氣壓系數(shù)偏小且變化大,為0.01～1.00mm/hPa。此外,除W5井之外,其余觀測井均受不同程度的降雨滲入補給干擾,其中W1井和W3井受影響最大。2.1.3觀測井內(nèi)質(zhì)量評價全國地下流體學科水位臺網(wǎng)管理小組對2001年三峽井網(wǎng)8口井水位的觀測數(shù)據(jù)的內(nèi)在質(zhì)量進行了計算(表4),結(jié)果表明,除W4井之外,其余觀測井均達到了優(yōu)秀的水平。2.2分析井溫度的動態(tài)分析2.2.1井:w2井、w3井三峽井網(wǎng)4口井的水溫動態(tài),多屬平穩(wěn)型。W1井的變化范圍為22.08～22.09℃,W2井為22.62～22.63℃,W3井為22.80～22.81℃,年變幅多在0.01℃左右。W5井為起伏型,起伏范圍在24.9～25.2℃之間,年變幅度達0.3℃,如圖3所示。2.2.2水溫日變幅與月變幅4口井的水溫月動態(tài),除W1井與W5井的月動態(tài)中出現(xiàn)上升和起伏等動態(tài)之外,總體上均較平穩(wěn)。各井的水溫日變幅與月變幅的統(tǒng)計結(jié)果如表5所列。由表5可見,井水溫度的日變幅一般為攝氏千分之幾度,偶爾出現(xiàn)階變,可能與降雨滲入補給有關(guān);月變幅一般<0.01℃。2.3井土壤溶菌的動態(tài)分析2.3.1背景值與起伏度的對比三峽井網(wǎng)4個井臺的斷層帶土壤氣氡(簡稱土氡)的年動態(tài),多為起伏型(圖4),但各臺的背景值與起伏度相差較大。W2與W7井臺為夏高冬低型,年變幅分別為80Bq/L和250Bq/L;W5井臺為夏低冬高型,年變幅為10Bq/L;W3井臺隨季節(jié)變化的規(guī)律不明顯,大背景基本平穩(wěn),在10～60Bq/L之間起伏。2.3.2日變幅、月變幅4個井臺的土氡月動態(tài)均呈起伏型,少數(shù)月份呈上升或下降趨勢。各井臺的日變幅與月變幅不等(表6)。由表6可見,W5井臺的日變幅與月變幅小,其它井臺由小到大依次為W3,W2,W7。這種差異主要取決于場地條件與受降雨干擾的程度。W5井臺位于灰?guī)r區(qū)內(nèi),觀測點距斷裂破碎帶約50m,第四紀堆積層厚7.8m,地形相對平坦,氡的背景值低,受降雨干擾弱。W7井臺位于白堊系紅色砂巖區(qū)內(nèi),觀測點距斷裂破碎帶僅2m,氡的背景值偏高,受降雨干擾明顯。3峽井網(wǎng)地震2001年10月11日16時04分在湖北省秭歸縣梅家河發(fā)生ML3.6地震,震中位置為東經(jīng)110.4°,北緯30.9°(楊福平等,2002)。這個地震是三峽井網(wǎng)運行以來,井網(wǎng)外圍100km范圍內(nèi)發(fā)生的最大地震,其震中距三峽井網(wǎng)布設區(qū)約30～60km。該地震的發(fā)生檢驗了井網(wǎng)的前兆監(jiān)測能力或映震能力。檢測結(jié)果表明,三峽井網(wǎng)不僅具有映震能力,而且映震能力還較強。3.1異常幅度與井震距的關(guān)系圖5為三峽井網(wǎng)6口井水位2001年10月8—12日的時值動態(tài)曲線。由圖5可見,震前6h6口井的水位動態(tài)均有顯著的階升或階降變化。這樣的變化,是在氣壓無明顯起伏,井區(qū)無降雨干擾的情況下出現(xiàn)的,在月動態(tài)曲線上也很顯著,因此作為這次地震前的異常是較為可信的。雖然異常時間非常同步,但各井的階變方向與階變幅度是有差異的(表7)。這種差異表明不同井點上發(fā)生的力學變化是不同的,階升的井點可認為受到壓應力作用,階降的井點可認為受到張應力作用,而先降后升的井點可認為受到先張后壓的作用。值得注意的是異常幅度與井震距之間的關(guān)系不明顯,表明井水位的映震能力除與應力有關(guān)之外,還與井孔的條件密切相關(guān)。除上述6口井之外,W4井因缺少數(shù)據(jù)而無法分析其映震能力,W7井則震前無異常,但震后12日開始水位動態(tài)由長期平穩(wěn)轉(zhuǎn)為趨勢上升,可能是震后效應。3.2水溫與w7井臺的土氡三峽井網(wǎng)水溫與土氡動態(tài)在秭歸ML3.6地震前的異常,沒有水位異常那樣普遍而顯著,僅W1井的水溫與W7井臺的土氡有一定的異常。W1井的水溫,在震前6h有1個階降,降幅為0.008℃,為正常起伏度的2～3倍。之后在低值上起伏14h后回升到震前值(圖6a)。W7井臺的土氡異常十分顯著,也是在震前6h有1個階降,降幅為80Bq/L,為正常起伏度的4～5倍(圖6b)。4溫度、日變對地質(zhì)工作的影響通過上述分析,得到如下基本認識:1)三峽井網(wǎng)的8口井水位、4口井水溫度和4個井臺土氡的年正常動態(tài)基本清楚,多有一定規(guī)律或變化范圍;2)水位的月正常動態(tài)中,普遍顯示出地球固體潮效應與氣壓效應,多數(shù)井水位動態(tài)受降雨滲入補給的干擾;3)水溫的月動態(tài),多數(shù)平穩(wěn),月變幅度多為0.01℃左右;日變幅度多在0.002～0.009℃;個別井水溫度受降雨干擾;4)土氡的月動態(tài),多數(shù)起伏,月變幅度多為10～100Bq/L;日變幅度多為3～30Bq/L;土氡動態(tài)受降雨的干擾明顯。通過初步分析還發(fā)現(xiàn):1)三峽井網(wǎng)的水位動態(tài)對地殼應力應變的響應靈敏度均較高,可達10-9～10-10體應變/mm;在鄰區(qū)中小地震前,多數(shù)井有明顯的異常反映;2)三峽井網(wǎng)的水溫與土氡動態(tài),在鄰區(qū)中小地震前也有一定的異常反映。以上分析結(jié)果表明,三峽井網(wǎng)是具有較高靈敏度的地下流體前兆臺網(wǎng),有望在水庫誘發(fā)地震的監(jiān)測中發(fā)揮重要作用。然而,目前觀測數(shù)據(jù)仍有缺失,井網(wǎng)的現(xiàn)場管理還需進一步加強,井網(wǎng)運行的環(huán)境有待進一步改善;部分數(shù)據(jù)未經(jīng)預處理,數(shù)據(jù)格式、換算