地震地下流體觀測方法井水位觀測2012-10-10發(fā)布2013-01-01實施中國地震局發(fā)布I 引言 1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14觀測對象和觀測要求 25觀測原理 36觀測數(shù)據(jù)計算方法 67儀器安裝與檢測 88觀測數(shù)據(jù)處理 8附錄A(規(guī)范性附錄)儀器安裝 附錄B(規(guī)范性附錄)井口觀測裝置 附錄C(規(guī)范性附錄)水位校測過程及結(jié)果處理 附錄D(規(guī)范性附錄)水位觀測值的時間序列曲線繪制 附錄E(規(guī)范性附錄)數(shù)據(jù)預(yù)處理要求 參考文獻(xiàn) 23Ⅲ本標(biāo)準(zhǔn)是《地震地下流體觀測方法》系列標(biāo)準(zhǔn)中的一項。該系列標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)及名稱如下：地震地下流體觀測方法井水位觀測地震地下流體觀測方法井水和泉水溫度觀測地震地下流體觀測方法水氡和氣氡觀測本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：中國地震局地殼應(yīng)力研究所、新疆維吾爾自治區(qū)地震局、中國地震局地質(zhì)研究本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：劉耀煒、許秋龍、楊選輝、車用太、孫天林、孔令昌、陳華靜、張濤、魚金DB/T48—2012井水位觀測方法是地震臺站觀測井水位變化信息的技術(shù)手段。以承壓含水層中井水位變化為觀測對象，揭示區(qū)域構(gòu)造活動過程中應(yīng)力變化與井水位變化之間的物理聯(lián)系，獲取與地震孕育及發(fā)生過程中的有關(guān)信息。建網(wǎng)初期的井水位觀測方法，主要參照了水文地質(zhì)部門有關(guān)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過四十多年的發(fā)展，無論是對地震監(jiān)測預(yù)報中井水位觀測原理的認(rèn)識，還是對觀測方法的技術(shù)要求，以及對數(shù)據(jù)分析方法的總結(jié)等，都有了新的進(jìn)展和積累。近年來地震系統(tǒng)雖然已制定了地下流體觀測環(huán)境、地下流體臺網(wǎng)設(shè)計、地下流體臺站建設(shè)、觀測儀器入網(wǎng)等方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但從地下流體學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)體系本標(biāo)準(zhǔn)是在我國井水位長期觀測實踐經(jīng)驗、資料分析結(jié)果以及相關(guān)理論和實驗研究成果的基礎(chǔ)上制定的。DB/T48—2012本標(biāo)準(zhǔn)給出了井水位觀測的基本原理和觀測數(shù)據(jù)計算方法，規(guī)定了井水位觀測儀器安裝與檢測、下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T19531.4—2004地震臺站觀測環(huán)境技術(shù)要求第4部分：地下流體觀測DB/T11.2—2007地震數(shù)據(jù)分類與代碼第2部分：觀測數(shù)據(jù)DB/T20.1—2006地震臺站建設(shè)規(guī)范地下流體臺站第1部分：水位和水溫臺站DB/T32.1—2008地震觀測儀器進(jìn)網(wǎng)技術(shù)要求地下流體觀測儀器第1部分：壓力式水位儀下列術(shù)語和定義適用于本文水位觀測井wellforgroundw[GB/T18207.2,定義4.5.2.1][GB/T18207.2,定義4.5.2.2]DB/T48—20122[DB/T20.1—2006,定義3.2]使用放置在井孔水面上的浮子，檢測井水位變化，并通過連接浮子的記錄滾筒繪制出水位變化曲線的專用儀器。[DB/T32.1—2008中，定義3.1]a)觀測站環(huán)境應(yīng)符合GB/Tb)觀測場地、觀測井、觀測室的要求應(yīng)符合DB/T20.1—2006的要求；34.3.1.1設(shè)備配置要求應(yīng)符合DB/T20.1—2006的要求。4.3.1.2技術(shù)要求應(yīng)符合DB/T32.1—204.3.1.3時間服務(wù)日累計誤差應(yīng)不大于1min/d。4.3.1.5數(shù)據(jù)存儲容量應(yīng)滿足保存3個月以上觀測數(shù)據(jù)及相關(guān)信息的要求。4.3.1.6具有地震事件記錄功能的壓力式水位儀應(yīng)滿足保存24小時以上秒采樣值及相關(guān)信息的要求，事件采樣率不低于1次每秒。4.3.2.1分辨力應(yīng)優(yōu)于5mm,觀測誤差應(yīng)優(yōu)于10mm。a)應(yīng)設(shè)置與水位觀測采樣率、時間服務(wù)要求一致的氣壓觀b)動水位觀測井應(yīng)設(shè)置井水泄流量的觀測。b)井水位觀測受附近抽(注)水影響時，宜增設(shè)抽(注)水記錄項；c)在水庫、河流、湖泊、海洋附近進(jìn)行觀測時，宜增設(shè)相關(guān)水體5.2.1含水層受到外力的作用而發(fā)生變形或破壞時，例如，地震孕育與發(fā)生過程引起含水層變形或破壞，由于其含水層參數(shù)發(fā)生變化，引起含水層壓力(孔隙壓力)的變化。5.2.2含水層受到地下水補(bǔ)給或排泄時，其儲水量發(fā)生變化。多或水壓力升高時，含水層中的地下水流入井中，使井筒內(nèi)水量增多，引起井水位升高；而儲水量減4二含水層隔水層禁段面觀測井OO0005.-C二h,H圖3井水位(靜水位)測量原理示意圖5.5壓力式水位儀測量原理壓力式水位儀的測量原理如圖3(b)所示。當(dāng)井水位發(fā)生變化時，井水位的變化可以用井水面以下某一基準(zhǔn)面至井水面的水柱高度的變化來描述。傳感器測量井中該基準(zhǔn)面水柱壓力變化，按照電壓和水柱壓力轉(zhuǎn)換關(guān)系，將該基準(zhǔn)面的水柱壓力變化轉(zhuǎn)換為壓力水位值。根據(jù)靜水位或動水位觀測原理，按照一定的換算關(guān)系，將壓力水位值轉(zhuǎn)換為井水位值。水柱壓力與水柱高度的關(guān)系為：式中：P?——水柱壓力，單位為帕[斯卡](Pa);p——被測井水的密度，單位為立方米每千克(m3/kg);g——當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋瑔挝粸榕Ｃ壳Э?N/kg);h——水柱高度，單位為米(m)。當(dāng)井水面下的基準(zhǔn)面為傳感器的導(dǎo)壓孔時，水柱高度即為壓力水位，Hp=h。水柱高度與傳感器輸出的電壓為線性關(guān)系時，壓力水位表示為：式中：K——儀器系數(shù)，單位為米每伏[特](m/V);V——儀器輸出電壓，單位為伏[特](V)。6DB/T48—2012靜水位觀測中，由浮子式水位儀產(chǎn)出的原始記錄圖中的數(shù)據(jù)為實際測量的水位值(H?),即井口基準(zhǔn)面(點)至井筒內(nèi)水面的垂直距離，見圖3(a)。動水位觀測中，由浮子式水位儀產(chǎn)出的原始記錄圖中的數(shù)據(jù)(L)轉(zhuǎn)換為動水位(Ha)值的關(guān)系C說明：C——井口固定基準(zhǔn)點；L,—泄流口中心面至井口基準(zhǔn)面(點)的垂直距離；L?——水面至井口基準(zhǔn)面(點)的垂直距離。Ha,L,L?單位均為米(m)。圖4浮子式水位儀動水位觀測示意圖LH靜水位觀測中，由儀器產(chǎn)出的壓力水位(Hp)值轉(zhuǎn)換為靜水位(H?)值的關(guān)系見圖5。H?=L?-Hp…………(7當(dāng)水位傳感器放置在泄流口上方時，儀器產(chǎn)出的壓力水位(Hp)值轉(zhuǎn)換為動水位(Ha)值的關(guān)系見圖6(a)。C當(dāng)水位傳感器置于泄流口以下時，儀器產(chǎn)出的壓力水位(Hp)值轉(zhuǎn)換為動水位(Ha)值的關(guān)系見儀器產(chǎn)出的壓力水位(Hp)值轉(zhuǎn)換為動水位(H?Ha=Hp-(L?-L?)………(6)DB/T48—201287.1.1觀測儀器安裝前應(yīng)進(jìn)行安裝條件的檢查，檢查要求見A.1。7.2.1壓力式水位儀應(yīng)進(jìn)行傳感器線性檢測，檢測要求見A.3.2。7.2.2儀器安裝后應(yīng)進(jìn)行水位觀測儀器整機(jī)檢測，檢測要求見A.3.3。7.3.1自流井宜在井管上安裝泄流管和測壓管，技術(shù)要求見B7.3.2井水溫度大于40℃或井水中有較多氣泡逸出時，宜在副井管中觀測井水位，技術(shù)要求見7.4.1.4壓力式水位儀校測：有人值守的觀測站每1個月校測1次，無人值守的觀測站每3個月校測7.4.2.1靜水位采用測鐘法或電極法測量井水位值，用5次測量值的平均值作為井水位校測值。7.4.2.2動水位采用測壓管法讀取井水位值，用5次讀數(shù)的平均值作為井水位校測值。7.4.2.4井水位校測過程及結(jié)果處理方法見附錄C。井水位觀測數(shù)據(jù)包括原始數(shù)據(jù)和產(chǎn)出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分類應(yīng)符合DB/T11.2—2007中的6.5。98.1.2數(shù)據(jù)屬性靜水位量的符號為H?,動水位量的符號為Ha,基本單位名稱為米，單位符號m,有效數(shù)據(jù)位為小數(shù)點后3位。8.2原始數(shù)據(jù)8.2.1井水位測項的原始時間序列數(shù)據(jù)為分鐘值或小時值。8.2.2地震事件的井水位時間序列數(shù)據(jù)為秒鐘值。8.2.3氣壓測項的時間序列數(shù)據(jù)為分鐘值。8.2.4降水測項的時間序列數(shù)據(jù)為分鐘值。8.3產(chǎn)出數(shù)據(jù)8.3.1預(yù)處理數(shù)據(jù)井水位觀測值經(jīng)預(yù)處理后的時間序列數(shù)據(jù)，應(yīng)與原始觀測數(shù)據(jù)相對應(yīng)。觀測數(shù)據(jù)預(yù)處理要求見附8.3.2均值數(shù)據(jù)由預(yù)處理數(shù)據(jù)計算井水位觀測的時均值、日均值、旬均值和月均值數(shù)據(jù)序列。8.3.3觀測日志記錄每日儀器運行、觀測維護(hù)、環(huán)境影響、數(shù)據(jù)產(chǎn)出等信息，產(chǎn)出周期不應(yīng)大于1次每天。8.3.4月觀測報表和年度觀測報告8.3.4.1月觀測報表按照井水位測項編寫月報表，月報表內(nèi)容包括觀測數(shù)據(jù)(整點值、日均值、月均值)、觀測曲線(整點值及日均值)和觀測工作說明。8.3.4.2年度觀測報告按照觀測臺站編寫觀測年報，年報內(nèi)容包括臺站概況、觀測系統(tǒng)運行狀況、產(chǎn)出數(shù)據(jù)描述、典型事件記錄、存在的主要問題。8.4均值數(shù)據(jù)計算8.4.1時均值計算時均值數(shù)據(jù)yn為時段t內(nèi)60個分鐘值數(shù)據(jù)ym的平均值。如果ym的無效數(shù)據(jù)總數(shù)大于等于30個，則y。為無效值；否則使用有效的分鐘值數(shù)據(jù)計算時均值，計算公式如下：式中：n——本小時內(nèi)有效的分鐘值數(shù)據(jù)個數(shù)。8.4.2日均值計算日均值數(shù)據(jù)ya為某日內(nèi)0時~23時的時均值數(shù)據(jù)y。的平均值。如果y。的無效數(shù)據(jù)總數(shù)大于等于12個，則ya為無效值；否則使用有效的時均值數(shù)據(jù)計算日均值，計算公式如下：式中：n——本日內(nèi)有效的時均值數(shù)據(jù)個數(shù)。8.4.3旬均值計算旬均值數(shù)據(jù)y、分別為某月內(nèi)1日～10日、11日～20日和21日至月末最后一天的日均值數(shù)據(jù)ya的平均值。如果ya的無效數(shù)據(jù)總數(shù)大于本旬?dāng)?shù)據(jù)個數(shù)的一半，則y、為無效值；否則使用有效的日均值數(shù)據(jù)計算旬均值，計算公式如下：式中：i——取1,2,3,分別表示上、中、下旬；n——本旬內(nèi)有效的數(shù)據(jù)個數(shù)。8.4.4月均值月均值數(shù)據(jù)ym為某月內(nèi)所有日均值數(shù)據(jù)ya的平均值。如果ya的無效數(shù)據(jù)總數(shù)大于本月數(shù)據(jù)個數(shù)的一半，則ym為無效值；否則使用有效的日均值數(shù)據(jù)計算月均值，計算公式如下：式中：n——本月內(nèi)有效日均值數(shù)據(jù)個數(shù)。繪制水位曲線時，應(yīng)按照附錄D所規(guī)定的要求繪制。8.6.1.1積累不少于1年的連續(xù)、穩(wěn)定的井水位觀測數(shù)據(jù)，具有年度變化規(guī)律。8.6.1.3使用固定時間窗內(nèi)的數(shù)據(jù)計算中誤差，超過n倍中誤差的數(shù)據(jù)個數(shù)不大于歷年相同方法計8.6.1.4n值確定可根據(jù)序列屬性、噪聲水平、變化背景等，在[1,3]值域內(nèi)選取。8.6.2.1使用3年以上月均值數(shù)據(jù)作去趨勢處理后計算中誤差，大于n倍中誤差的數(shù)據(jù)。8.6.2.2使用3年以上月潮汐因子數(shù)據(jù)計算中誤差，大于n倍中誤差的數(shù)據(jù)。使用3個月以上日均值數(shù)據(jù)作去趨勢處理后計算中誤差，大于n倍中誤差的數(shù)據(jù)。使用3天以上時均值數(shù)據(jù)作去趨勢處理后計算中誤差，大于n倍中誤差的數(shù)據(jù)。判定觀測數(shù)據(jù)存在異常變化時，應(yīng)檢查并確認(rèn)儀器運行狀況，并在觀測日志中對儀器運行狀態(tài)與(規(guī)范性附錄)儀器安裝A.1安裝準(zhǔn)備A.1.1觀測儀器應(yīng)具備生產(chǎn)廠商給出的測試報告，包含分辨力、最大誤差、水位跟蹤速度等指標(biāo)的測試結(jié)果。A.1.2對儀器各組件進(jìn)行檢查。A.1.3測量觀測井深度。A.1.4確認(rèn)井內(nèi)無卡物以及井水面上無漂浮物等。A.1.5確定觀測井口固定基準(zhǔn)面(點)。A.1.6靜水位觀測井應(yīng)測量井口固定基準(zhǔn)面(點)至井筒內(nèi)水面的垂直距離。A.1.7動水位觀測井應(yīng)測量泄流口中心面(點)至井口基準(zhǔn)面(點)、泄流口中心面(點)到井筒內(nèi)水面的垂直距離。A.1.8應(yīng)對避雷設(shè)施等觀測環(huán)境進(jìn)行檢查。A.2浮子式水位儀A.2.1滾筒與滑輪連接，應(yīng)保證二者重心重合。A.2.2浮子與重錘的配置以達(dá)到最佳平衡狀態(tài)為原則，配置見表A.1。表A.1浮子式水位儀的浮子與重錘配置表圓筒形圓錐形高度ggA.2.3安裝時重錘應(yīng)靠向觀測者一側(cè)，浮子應(yīng)居于井水面的中央，應(yīng)避免浮子蹭井壁。A.2.4一般情況下重錘宜放在井筒中，但井徑較小且水位日變幅小于井口到地面的距離時，也可以放在井筒外。A.2.5記錄紙安裝后，記錄筆應(yīng)按照當(dāng)時的時間放置在記錄紙標(biāo)注時間刻度處，并標(biāo)記當(dāng)時的水位校測值。A.2.6安裝之后，應(yīng)在現(xiàn)場觀察儀器工作狀態(tài)不少于2小時，確認(rèn)儀器工作正常后結(jié)束安裝。A.3壓力式水位儀A.3.1傳感器安裝位置的確定A.3.1.1傳感器放置在水面以下，應(yīng)保證水位下降時傳感器不露出水面，水位上升時傳感器上部水柱高度不超過儀器量程最大值。A.3.1.2量取傳感器電纜線投放深度，誤差不大于5mm。A.3.2傳感器線性檢測在井口基準(zhǔn)面上固定傳感器電纜，傳感器從水面開始向下放置10次。每次下降幅度為1.00m,靜置2min后讀取儀器的顯示值，填入表A.2。再從水下面10m開始向上提升10次，每次上升幅度為1.00m,靜置2min后讀取儀器的顯示值，填入表A.2。計算升降幅度與儀器相應(yīng)讀數(shù)之間的差值，填入表A.2。每次的顯示值與測量值之間差值小于10mm,則表明傳感器線性指標(biāo)符合觀測技術(shù)要求。A.3.3安裝檢查A.3.3.1儀器安裝后，應(yīng)檢查儀器的工作狀態(tài)，檢查結(jié)果填入表A.2。A.3.3.2儀器安裝檢查后，應(yīng)在現(xiàn)場觀察儀器工作狀態(tài)2小時以上，確認(rèn)儀器工作正常。A.4安裝記錄表儀器的安裝后，形成表A.2壓力式水位儀安裝記錄表。表A.2壓力式水位儀安裝記錄表臺站名稱安裝日期水位類型安裝人員安裝前檢查電源檢查123456789下降幅度123456789DB/T48—2012續(xù)表安裝結(jié)果檢查傳感器固定時間水位檢查(每1小時記錄1次)時間時分時分時分問題與處理意見2.觀測井深度測量值(m):基準(zhǔn)面(點)到井底的垂直距離；3.井口檢查：井口裝置(不)符合要求，有(無)井內(nèi)卡物，有(無)漂浮物等；4.電源檢查：交流供電電壓(不)符合要求，有(無)直流供電；5.井水位校測值(m):基準(zhǔn)面(點)到水面的垂直距離；6.差值：水位校測值減儀器顯示值；7.工作參數(shù)顯示功能：正常(不正常);8.工作參數(shù)修改功能：有(無);9.通訊功能：正常(不正常);10.儀器工作狀態(tài)：正常(不正常);11.問題與處理意見：填寫具體處理意見。B.1.1.1當(dāng)觀測井水位的水頭高于地面2m時，宜在主井管上進(jìn)行有泄流的動水位觀測。B.1.1.2主井管裝置由泄流管、測壓管、控流閥與泄流槽等組成，見圖B.1。④①③①③②—泄流管；根據(jù)泄流量大小而定，一般以20mm～100mm為宜。B.1.2.5泄流管向上的井管高度應(yīng)大于1.5m。B.2副井管裝置B.2.1井水溫度大于40℃或井水中有較多氣泡時，宜在副井管中觀測井水位，副井管裝置見圖B.2。c)連通管的連接方式，一般情況下以平接為宜；d)井水中含氣量較大時以斜接管為宜，主井管上的接口在上，副井管上的接口在下，其斜度宜為45°。(規(guī)范性附錄)水位校測過程及結(jié)果處理C.1井水位校測值測量方法C.1.1測鐘法測鐘法裝置由測量尺與測鐘構(gòu)成，見圖C.1(a),測量尺可選用鋼卷尺或皮卷尺，鋼卷尺的刻度精度應(yīng)不低于1mm,皮卷尺的刻度精度應(yīng)不低于2mm。校測水位時緩慢下放測鐘，當(dāng)測鐘接觸水面時即發(fā)出聲音，上下移動使測鐘恰好處于接觸水面的位置，確定測量尺與井口基準(zhǔn)面的相交點位置，測量尺交點位置的讀數(shù)加上測鐘高度即為井水位測量值。C.1.2電極法電極法裝置由測量尺與測量器構(gòu)成，見圖C.1(b)。測量器由水面接觸開關(guān)、工作電路、電池和蜂鳴器組成。測量尺可選用鋼卷尺或皮卷尺，鋼卷尺的刻度精度應(yīng)不低于1mm,皮卷尺的刻度精度應(yīng)當(dāng)測量器接觸水面時，水面接觸開關(guān)即刻導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)聲；測量器離開水面，水面接觸開關(guān)斷開，蜂鳴器停止發(fā)聲。確定測量尺與井口基準(zhǔn)面的相交點位置，測量尺交點位置的讀數(shù)加上測量器高度即為井水位測量值?！獪y量尺—測量尺一測量尺圖C.1水位校測裝置示意圖C.1.3測壓管法直接讀取測壓管中水柱高度，所讀取的數(shù)據(jù)即為井水位測量值。靜水位使用測鐘法或電極法連續(xù)重復(fù)測量5次，計算出5次測量值的平均值和平均誤差。若平均誤差滿足表C.1的要求，則將平均值作為校準(zhǔn)觀測儀器的井水位校測值，并將測量結(jié)果與計算結(jié)果填入表C.2。否則應(yīng)重新測量5次，再計算測量值的平均值和誤差。動水位直接讀取測壓管上的水位值，每次間隔1min~2min,重復(fù)讀取5次。計算出5次讀數(shù)的平均值和平均誤差。若平均誤差σ?不超過表C.1給出的誤差閾值，則將平均值作為校準(zhǔn)觀測儀器的井水位校測值，并將讀數(shù)與計算結(jié)果填入表C.3。否則應(yīng)重新讀取5次，再計算讀數(shù)的平均值和誤差。/h,——1次~5次的測量值；H?——5次測量值的平均值，即井水位的校測值。在進(jìn)行井水位測量的同一時刻，讀取觀測儀器顯示的水位值。計算出5次儀器顯示水位值的平均值和平均誤差，并將讀數(shù)與計算結(jié)果填入表C.2或C.3。5次儀器顯示水位值的平均值H?為井水位觀次~5次的儀器顯示水位值；C.2觀測儀器水位值校正井水位校正誤差△H計算公式如下：σ?—井水位校測值的誤差。σ?——井水位觀測儀器值的誤差；△h——儀器系統(tǒng)最大誤差，△h=0.2%壓力水位值+0.1%F·S(1個月)。計算水位校測值(H?)與觀測儀器值(H?)的差值：如果|△H'|≤△H則：表示觀測儀器指標(biāo)合格，此時使用水位校測值修正觀測儀器常數(shù)(傳感器導(dǎo)壓孔至井口固定基準(zhǔn)面(點)的垂直距離，圖3中的L?),使得△H′=H?-H?=0,校測工作完成。如果|△H'|>△H,表明儀器觀測的最大誤差指標(biāo)達(dá)不到觀測技術(shù)要求。表C.2靜水位校測記錄表校測日期日的垂直距離2345誤差σ校測人：校核人：臺站技術(shù)負(fù)責(zé)人：DB/T48—201