0 引言

水位、水温观测是地震监测的2个重要手段，其变化不仅可以反映正常固体潮变化（Cooper et al，1965），还能反映地震前不正常变化（Chadha et al，2003；曹新来，2004；陆明勇，2005b；中国地震局监测预报司，2005）。地震的发生可以引起水位、水温的同震变化（张子广等，2007），降雨、地下水超采、地面沉降、地质应力—应变环境变化等也可以引起同井或同辖区水位、水温的不同变化（张素欣等，2005），而井孔结构不同、干扰源不同，其变化特征将有所差异。

在水位、水温观测中，存在潮汐、地震、探头微扰、气压等干扰因素（谷元珠等，2003；张子广，2010）及构造应力场变化（张昭栋等，1987；黄辅琼等，2004；孙小龙等，2011）。在实际异常核实中，调查某一区域水位或水温观测资料异常变化干扰是一项复杂工作，不能单纯依靠反演区域应力场变化或利用数学分析判断方法，需要结合当地降雨、地下水储量、地下水开采等参数共同讨论，才能得到科学严谨的结果。

由于异常核实工作量大，平时需要全面研究每口观测井的数据资料，分析规律性变化，总结经验性结果，尤其是各种场地环境变化造成的规律性干扰。本研究的目的是，利用昌黎何家庄井、卢龙崔庄井多年观测资料，分析同井观测的水位、水温测项受场地环境干扰的变化特征，为观测资料异常核实奠定良好基础。

1 台站概况

昌黎何家庄井（简称昌黎井）位于昌黎城区东部地王酒厂院内，成井于1975年12月，属热水自流井。井深301.4 m，其中井下0—75.76 m为第四系粘土细砂；75.77—85.84 m为中粗砂夹砾石；85.84 m以下见前震旦纪混合花岗岩和角闪斜长片麻岩；172—180 m处岩石破碎，为主要出水段。完井后下168 mm套管至91.92 m，其下为裸眼出水，0—91.92 m井孔直径170 mm；91.92 m至井底井径为110 mm。2004年7月因管路淤泥堵塞断流而洗井一次，洗井后井管仍裸露，并设有3个出水口用于调节出水口位置，安装示意见图 1(a)。2016年5月下旬开始，昌黎井受其东侧温泉馆抽水影响，水位、水温观测数据出现明显下降，水位逐渐降低。同年11月对井口地面、脱气装置进行改造，并安装稳流泵24小时抽水，用于水化学量观测[图 1(a)]。自成井以来，昌黎井水位、水温观测正常进行，日变（固体潮）形态清晰，除受降雨或地下水开采影响明显外，未发现观测系统类异常，数据稳定可靠。

卢龙崔庄观测井（简称卢龙井）属静水位观测井，位于卢龙镇崔庄村西，青龙河以西，水文地质条件较单一。地形西北高东南低，地层上部为第四系黄土，上履卵石和粉砂，下层为卵石砂砾沉积层，基岩为片麻岩，水位埋藏浅，含水层段为20.05—408 m，为前震旦系片麻岩裂隙含水层。该台地处唐山老震区桃源断裂带附近，属燕山块体和华北平原块体的结合部位。该结合部位由多条NWW向延伸的活动断裂断续分布组成，是强烈活动地震构造带——张渤带。在近EW向地震活动带中，有多条构造带与之互相切割，形成NW和NE向2组断裂相互交切的复杂组合关系，断裂带上地震活动主要集中在交汇地段。卢龙井井孔装置示意见图 1(b)。

2 场地环境干扰特征

昌黎井目前存在一个显著干扰源，即2016年开业的温泉馆浴池用水，因距离较近（约480 m），且其开采水层与昌黎井观测水层相同，干扰反应明显。卢龙井多年来存在桃林口水库放水、卢龙县引青灌溉管理处放水2个干扰源，对观测资料干扰明显。

2.1 水位、水温相关性分析

正常情况下，昌黎井水位与固体潮变化一致，具有良好的水位潮汐现象，能反映含水层体应变特征（汪成民等，1988；张昭栋等，1991）。水温略有潮汐但不明显，与昌黎井井孔管路特殊结构有关，且水温固体潮效应并非在任何深度均有明显反应（张子广等，2007）。分析昌黎井水位和水温多年观测数据发现，其水位日潮差约0.07 m，水温日潮差约0.02 ℃。

（1）昌黎井。为了验证环境干扰对昌黎井水温、水位观测的影响，选取2013年（无干扰的1月1日—2月20日正常时段）和2017年（有干扰的4月1日—5月22日非正常时段同层温泉水开采）昌黎井K⁺、Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Cl^-等化学元素量进行比对，发现各元素量均只有微小幅度变化，说明昌黎井水位、水温变化非外部干扰引起，可能为同层取水影响。选取正常时段和非正常时段数据进行相关性分析，并计算其相关性系数（由于洗井及更换设备等原因，未能找到不同年份相同月份的干扰与非干扰对比资料，不开展此类对比），结果见图 2，左图中浅灰色曲线为水位，黑色曲线为水温，其中(a)图为2013年1月1日—2月20日正常时段水温、水位观测数据相关性结果，(b)图为2017年4月1日—5月22日同层温泉水开采时段水温、水位观测数据相关性结果。

由图 2(a)可见，正常变化时段内，水位有小幅波动，呈现缓慢下降趋势；中层水温整体有小幅下降，波动范围在0.03 ℃以内；对比可知，水位、水温具有一定相关性，相关系数为0.738。由图 2(b)可见，在非正常时段内，水位波动较大，呈不规则跳动；水温呈不规则波动，但变化范围与正常时段区别不大；水位、水温相关性较强，相关性系数为0.822，明显高于正常时段。

（2）卢龙井。卢龙井水位、水温变化与昌黎井具有相似性，水位固体潮日变形态清晰，水温固体潮不明显。卢龙井2017年才开展水化学分析，此处未验证化学成分。选取卢龙井正常变化时段（2016年1月1日—2月28日）及水库放水影响时段（2017年3月4日—6日）的水位、水温观测数据，进行相关性分析，结果见图 3，左图中浅灰色曲线为水位，黑色曲线为水温。由图 3(a)可见，正常时段水位波动范围0.17 m，呈缓慢下降趋势，水温数据波动范围约0.09 ℃，呈下降趋势，二者相关性较强，相关系数为0.999。由图 3(b)可见，静水位在3天内出现快速上涨，涨幅约1.0 m，此时水温出现下降态势，降幅0.17 ℃，计算得到非正常时段内水位、水温相关系数为0.771。

（3）结果。选取其他时段水位、水温观测数据进行多次计算，发现昌黎井及卢龙井2种观测数据变化特征基本一致，仅变化程度略有差异。因此，昌黎井受同层抽水影响和卢龙井受水库放水影响属于不同干扰类型，环境干扰特征不同，昌黎井受温泉馆抽水影响，水位、水温不规则波动，水位受影响较大而水温影响较小，二者相关性系数明显高于正常时段；卢龙井受水库放水影响，水位和水温均受较大影响，尤其水位涨幅达到1.0 m，二者相关性系数明显低于正常时段。

2.2 水位日变幅

目前华北地区地下水存在长趋势下降背景变化，对短期数据分析影响不大，在此忽略长趋势影响，按照正常和存在场地干扰，对昌黎井和卢龙井水位观测数据进行日变幅分析。

（1）昌黎井。选取昌黎井水位正常变化时段（2013年1—2月）观测数据，以动水位变化为参考，进行水位日变幅分析，结果见图 4(a)，图中浅灰色曲线为水位，黑色曲线为日变幅。可见其日变幅在0.055—0.123 m，存在半月波周期性变化，能够反映固体潮效应。

选取昌黎井水位存在明显抽水干扰时段（2017年4月1日—5月22日）的观测数据，以动水位变化为参考，进行水位日变幅分析，结果见图 4(b)，可见水位日变幅（图中浅灰色曲线）波动范围为0.065—0.359 m，固体潮效应不明显，水位日变幅与水位变化几乎同步，水位急速升高时，日变幅急速增大，反之减小。

（2）卢龙井。选取卢龙井水位正常变化时段（2016年1—2月）观测数据，以动水位变化为参考，进行水位日变幅分析，结果见图 5(a)，图中浅灰色曲线为水位，黑色曲线为日变幅。可见水位日变幅观测曲线有规律，存在明显固体潮效应，日变幅在0.029—0.103 m。

选取卢龙井水位非正常变化时段（2017年4月1日—5月22日）观测数据，以动水位变化为参考，进行水位日变幅分析，结果见图 5(b)，图中浅灰色曲线为水位，黑色曲线为日变幅。可见水位日变幅多在0.239 m以内，无法体现固体潮变化，受水库放水影响，卢龙井水位逐渐升高，水位日变幅增大，反之亦然。

3 结论

水位、水温相关性变化与其受到影响的具体类型有关，从其同步变化机理可以划分为以下3种：冷水下渗说（鱼金子等，1997）、热弥散说（石耀霖等，2007）和气体逸出说（鱼金子等，1997；陈大庆等，2007）。从昌黎井水位、水温干扰同步变化可知，其变化机理遵循冷水下渗原则，当同层温泉水超采时，周围岩层裂隙冷水入渗或充入冷空气，导致水位下降的同时，水温下降。此时，水位日变幅形态特征与水位变化几乎同步，水位、水温相关性明显高于正常时段，但无法观测到原有固体潮变化。卢龙井受水库放水影响，其原有固体潮变化堙没在干扰中，水位、水温相关性变化机理也遵循冷水下渗原则，当地表冷水入渗至潜水层后，导致井水位上升，水位日变幅形态与水位变化保持同步，水体温度因混入冷水而逐渐下降，此时水位、水温相关性低于正常时段。