徐长银 李晓东 闫玮 杨绍富 张小飞 张森 董敏

摘要：2019年初库尔勒新43泉动水位出现较大幅度异常变化，新疆维吾尔自治区地震局与库尔勒地震监测中心站开展了一系列调查核实工作。排除了观测运行（供电、数采、传感器误差）、环境（自然环境及场地环境）、人为干扰等影响因素，同时开展野外土壤氡、二氧化碳和水化学方法分析水质并进行堵水实验和改变出水流向判断异常原因，分析动水位较大幅度异常与地震前兆异常是否具有相关性。调查分析结果表明，地下排水管老化破裂，树根、草根进入裂缝是造成泉改井大量积水并影响新43泉动水位较大幅度异常的主要原因，排除了地震前兆异常的可能。

关键词：新疆库尔勒43泉；动水位；异常成因

doi：10.16256/j.issn.1001-8956.2023.01.013

地下流体通过仪器观测得到的是多种成因、多种频带与幅度不等的综合信息，通常比较复杂，即观测系统影响、各种干扰信息和地震活动信息^［1-4］。库尔勒新43泉是天山中东段地下流体观测泉之一，自正式观测以来，资料连续、可靠，与周边区域发生的中强地震对应较好^［5-6］。2019年1月8日库尔勒新43泉动水位出现0.108 m阶变，2019年3月4日再次出现0.135 m阶变，是观测以来幅度最大的阶变异常。观测资料是地震预测研究的基础，取决于观测资料的真实可靠性^［7］。因此，调查分析库尔勒新43泉动水位较大幅变化的成因是研判震情趋势的关键。本文中就库尔勒新43泉动水位较大幅变化成因进行一系列调查和分析，能为今后资料异常调查核实、分析判定提供参考依据。

1 泉点和仪器简介

1.1 库尔勒新43泉水位仪

新疆库尔勒新43泉（以下简称新43泉）位于库尔勒市西霍拉山南麓吉格代布拉克，处于南天山构造带北轮台断裂附近，泉水出露于元古代片麻花岗岩和第三系页岩交界地带，为深层裂隙泉。泉水无色、无味，清澈透明，泉水流量0.03l m³/s。该地区属荒漠干旱生态，受气候、地形、交通等诸多限制，地下流体观测干扰因素较少。2006年数字化改造时，将泉眼封闭地下，泉水引入观测室，采用水堰法^［8］观测其流量。观测室安装了2套水位仪，新43泉水位仪安装在上游，新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州地震局（下文简称巴州局）水位仪安装在下游，两套仪器相距3 m。

新43泉动水位观测是将流量转变为水位观测的方法。由于该泉流量小，泄流口的流量控制非常难，且限流孔经常堵塞，采用三角堰观测有一定的困难。新疆维吾尔自治区地震局（下文简称新疆地震局）根据三角堰原理，将其改造成矩形堰，矩形堰口为窄缝式，宽约0.5 cm。安装仪器为LN-3A水位仪，其传感器是高精度压力敏感元件^［9］。传感器本身长30～50 cm，而水堰水头一般在20 cm以内，所以设计水头测量管为1 m，这样就可以为传感器增加一个固定的水柱，有利传感器的响应^［10］。实际观测结果表明，水位仪与水堰法相结合的方法来观测地下水流量^［11］，完全可以观测到水流量的实时动态变化，年变动态清晰，说明堰口宽度的选择是合适的。克服了动水位观测中限流口的控制、堵塞等多种不足，达到了预期效果，观测信息能够真实反映泉水的变化情况。

1.2 新43泉巴州局水位仪

巴州局测点1987年开始观测流量，泉水流量不具有年变规律。新疆地震局数字化改造时，在原流量观测的基础上泉改井，设计总高250 cm，直径20 cm圆桶，圆桶底部5 cm为出水口。新43泉0.5 cm窄缝式堰口和气氡脱气装置的出水流入圆桶观测水位。安装的LN-3水位仪测量的是圆筒内水面到传感器的水位值，从而将流量转变成动水位觀测。

2 异常调查

2.1 背景资料

新43泉水位仪运行良好，观测数据连续可靠。正常年变动态1月为低谷期（天山冰雪融化量最小时段，深层裂隙水补给量减少），8月或9月为高峰期，反映了当地水文条件、所处构造部位、气象及地下水补给的平衡。2013年水位传感器导水孔堵塞，大气压力与水柱高度压力无法相互抵消，对水位测量产生了干扰^［12］。2014年动水位打破多年动态规律，2月转向下降趋势，2015～2016年年变出现畸变，2017年以来动水位年变与2014年相似（图1）。

2.2 数据异常调查

新43泉动水位2019年1月7日上升0.108 m，变化幅度较大，1月8日转向下降恢复。库尔勒地震监测中心站（以下简称库尔勒中心站）根据地震地下流体异常核实流程，及时组织调查落实，从观测环境方面逐项排查，新43泉周边2 km 内无地下水开采及注水，泉眼周围保持自然状态，未发生明显变化。气象资料显示，新43泉动水位异常期间该地区无降雪和气温骤变，排除了气象因素对新43泉动水位的影响。仪器设备工作状态方面：太阳能浮充电压13.6 V，电瓶负载电压12.7 V，数据采集系统工作正常，水位仪传感器误差校测符合规范要求。但观测系统矩形堰水质浑浊，水堰下方的地沟内积水约0.3 m，是观测以来从未出现的异常现象。为查明原因，新疆地震局地下水研究中心与库尔勒中心站开展了一系列调查核实工作。逐项排除供电、数采、传感器误差、观测系统、自然环境、场地环境、人为干扰等影响因素，同时开展野外土壤氢气、土壤氡和二氧化碳采集、水质分析等工作（表1）。采集结果分析表明，土壤氢气、土壤氡和二氧化碳无显著异常。

2.3 封堵水实验

2019年3月4日新43泉动水位再次出现较大幅度上升，达到峰值，上升幅度0.135 m，3月5日转为下降，累计下降0.058 m，形态与1月7日异常相似。库尔勒中心站及时组织调查落实，逐项排除了观测环境、人为和仪器等影响因素。由于降水干扰在水位观测中最为常见，不仅与降水大小和降水时间有关外，还与降水区的地形、地貌和透水性有关^［13］。对比库尔勒新43泉气象资料，动水位较大幅度升-降前后，库尔勒地区天气晴好，附近区域无降水，排除了降水影响。调查中发现巴州局泉改井大量积水约1.7 m（井底-水面高度）。我们将上述异常向新疆地震局有关部门汇报，新疆地震局地下水研究中心相关专家建议进行堵水实验，判断是否为巴州局泉改井排水影响，2019年3月5日将观测室外出水管封堵约15 min，井内水位逐渐上升到1.76 m（井底-水面高度），将封堵口打开15 min后，井内水位下降到1.6 m左右，水位仪显示值快速下降。3月5日取水样送新疆地震局水化学室进行水质分析，分析结果各阴、阳离子的含量基本相当（表1）。

2019年3月6日巴州局泉改井的积水下降到0.5 m左右（井底-水面高度），3月6日将观测室外出水口再次封堵，井内水位开始上升，约30 min后水位测量筒水满外流，一部分回返新43泉水堰下方地沟，约45 min后新43泉水位仪显示值0.149 m。将封堵的出水口打开3 min左右水位显示值快速下降恢复。3月7日新43泉动水位又一次出现较大幅度上升，上升0.068 m后转向下降恢复。3月8日再次上升，上升幅度0.028 m（图2）。

鉴于泉改井积水较深，需要人工排水，2019年3月9日库尔勒中心站人工排水约0.8 m³。为消除泉改井积水影响动水位观测，在分析新43泉动水位、气氡观测的两部分泉水流向后，将水堰流出的泉水改接地下出水管，气氡脱气装置流出的泉水进入巴州局水位测量桶，进水流向改变后井内积水仍然较深。这类异常如果没有查明原因，会影响观测资料质量和可信度。

3 异常因素分析

3.1 库尔勒新43泉水位影响因素

地下流体异常通常比较复杂，在观测资料异常调查核实时，首要问题是对观测系统是否正常进行确认，同时还要排除气象、环境等外界因素影响^［14-15］。搞清区域地质特征、地球化学环境、观测点情况、仪器工作状态（数采、供电、传感器误差校测）、观测资料的动态是十分重要的，只有了解这些才能正确区分是地震前兆异常还是干扰异常^［16］。异常调查的重点是异常的成因问题，不仅需要科学严谨，而且要细致入微的逐一排除可能的干扰因素^［17］。因此，干扰异常的调查与研究是一项重要的工作^［18-19］。针对新43泉动水位较大幅度异常，巴州局泉改井严重积水以及入水流向改变和排水口封堵实验等情况，库尔勒中心站采用15 mm铝塑管进行疏通，铝塑管进深约1.5 m处受阻，将室外挡土墙下方挖开，发现PVC管与橡胶管用三通连接（图3a），将三通连接断开，再进行疏通，进深约5 m左右再次受阻。由于观测室与出水口高程约3 m，泉改井距观测室外排水口约15 m，工程量较大。为查明地下出水情况，经请示新疆地震局有关部门，挖开地下排水管，发现32 mm PVC管有裂缝，树根、草根从裂缝进入管内，另外一根（管径32 mm）橡胶管内淤泥较多（图3b），查明了泉改井大量积水并影响新43泉动水位较大幅度异常的原因，排除了地震前兆异常可能。为彻底解决排水对水位观测隐患，更换了直径110 mm PVC管（图3c、d）。因此，深入细致的调查分析是落实异常的重要环节^［20］。

3.2 新43泉巴州局水位影响

巴州局LN-3水位仪传感器由于长期未取出检查以及仪器故障较多，观测数据缺记率高，测量圆桶内的泥沙和井内小石块以及限流阀生锈等影响数据超限，导致数据利用率较低。在排水管改造的基础上，对巴州局水位测量装置进行改造，重新设计总高165 cm，直径20 cm圆筒测量动水位，水位传感器投放150 cm。另一个总高157 cm，直径20 cm圆筒缓冲，缓冲筒底部5 cm为出水口，缓冲筒与水位测量筒之间用阀门（调节测量桶水面高度）连接（图4），安装仪器为中科光大ZKGD3000水位仪观测。观测实践表明，观测资料有一定的年变规律，观测资料质量有较大提高（图5）。

4 结 语

由于前期干扰源不易被发现，新43泉动水位出现较大幅度的升—降异常后，经多方努力下，最终查明是地下出水管裂缝，树根、芦苇根从裂缝进入等原因造成泉改井大量积水，并影响新43泉动水位较大幅度异常变化，排除了地震前兆异常可能。核实异常、识别异常，是地震分析预报工作中特別重要的环节。因此，在观测资料异常跟踪调查核实过程中，一定要对各种干扰因素逐一仔细排查，尽可能地排除各种干扰因素，提供准确的异常核实结论，为观测资料异常判断分析提供参考。

动水位观测中，观测系统是影响水位突变的一个重要因素，需要对泄流口和排水管进行定期清理，消除泄流口、排水管堵塞造成的水位突升、突降的非正常变化给异常判定带来困难，才能提高观测资料的真实性和可靠性，为后续地震研判和预测预报工作打下基础。

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DYNAMIC WATER LEVEL ANOMALY REASON

SURVEY OF KORLA 43 SPRING IN XINJIANG

XU Chang-yin¹， LI Xiao-dong¹，  YAN Wei²， YANG Shao-fu¹，

ZHANG Xiao-fei¹， ZHANG Sen¹， DONG Min¹

（1.Korla seismic station of Earthquake Agency of Xinjiang Uygur Autonomous Region，Korla 841000，Xinjiang，China；

2. Earthqake Agency of Xinjiang Uygur Autonomous Rejion，Urumqi 830011，Xinjing，China）

Abstract： At the beginning of 2019， the dynamic water level of the Korla New 43 Spring changed significantly. Earthquake Agency of Xinjiang Uygur Autonomous Region and the Korla Earthquake Monitoring Center Station carried out a series of investigations and verification to eliminate the influence factors such as observation operation （power supply， data acquisition， sensor error）， environment （natural environment and site environment）， human interference， and other factors. At the same time， the field soil radon Carbon dioxide and hydrochemical methods are used to analyze the water quality and conduct water plugging experiments and change the water flow direction to determine the cause of the anomaly， and to analyze whether there is correlation between the large amplitude anomaly of dynamic water level and the earthquake precursor anomaly. The investigation and analysis results show that the aging and fracture of underground drainage pipes and the entry of tree roots and grass roots into the cracks are the main reasons for causing a large amount of water accumulation in the spring wells and affecting the large amplitude anomaly of the dynamic water level of the new 43 spring， which eliminates the possibility of earthquake precursor anomalies.

Key words： Korla 43 spring; Dynamic water level；Anomaly reason