DBT 48-2012 地震地下流体观测方法 井水位观测

地震地下流体观测方法井水位观测2012-10-10发布2013-01-01实施中国地震局发布I 引言 1范围 12规范性引用文件 13术语和定义 14观测对象和观测要求 25观测原理 36观测数据计算方法 67仪器安装与检测 88观测数据处理 8附录A(规范性附录)仪器安装 附录B(规范性附录)井口观测装置 附录C(规范性附录)水位校测过程及结果处理 附录D(规范性附录)水位观测值的时间序列曲线绘制 附录E(规范性附录)数据预处理要求 参考文献 23Ⅲ本标准是《地震地下流体观测方法》系列标准中的一项。该系列标准结构及名称如下：地震地下流体观测方法井水位观测地震地下流体观测方法井水和泉水温度观测地震地下流体观测方法水氡和气氡观测本标准起草单位：中国地震局地壳应力研究所、新疆维吾尔自治区地震局、中国地震局地质研究本标准主要起草人：刘耀炜、许秋龙、杨选辉、车用太、孙天林、孔令昌、陈华静、张涛、鱼金DB/T48—2012井水位观测方法是地震台站观测井水位变化信息的技术手段。以承压含水层中井水位变化为观测对象，揭示区域构造活动过程中应力变化与井水位变化之间的物理联系，获取与地震孕育及发生过程中的有关信息。建网初期的井水位观测方法，主要参照了水文地质部门有关规程和标准。经过四十多年的发展，无论是对地震监测预报中井水位观测原理的认识，还是对观测方法的技术要求，以及对数据分析方法的总结等，都有了新的进展和积累。近年来地震系统虽然已制定了地下流体观测环境、地下流体台网设计、地下流体台站建设、观测仪器入网等方面的技术标准，但从地下流体学科标准体系本标准是在我国井水位长期观测实践经验、资料分析结果以及相关理论和实验研究成果的基础上制定的。DB/T48—2012本标准给出了井水位观测的基本原理和观测数据计算方法，规定了井水位观测仪器安装与检测、下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T19531.4—2004地震台站观测环境技术要求第4部分：地下流体观测DB/T11.2—2007地震数据分类与代码第2部分：观测数据DB/T20.1—2006地震台站建设规范地下流体台站第1部分：水位和水温台站DB/T32.1—2008地震观测仪器进网技术要求地下流体观测仪器第1部分：压力式水位仪下列术语和定义适用于本文水位观测井wellforgroundw[GB/T18207.2,定义4.5.2.1][GB/T18207.2,定义4.5.2.2]DB/T48—20122[DB/T20.1—2006,定义3.2]使用放置在井孔水面上的浮子，检测井水位变化，并通过连接浮子的记录滚筒绘制出水位变化曲线的专用仪器。[DB/T32.1—2008中，定义3.1]a)观测站环境应符合GB/Tb)观测场地、观测井、观测室的要求应符合DB/T20.1—2006的要求；34.3.1.1设备配置要求应符合DB/T20.1—2006的要求。4.3.1.2技术要求应符合DB/T32.1—204.3.1.3时间服务日累计误差应不大于1min/d。4.3.1.5数据存储容量应满足保存3个月以上观测数据及相关信息的要求。4.3.1.6具有地震事件记录功能的压力式水位仪应满足保存24小时以上秒采样值及相关信息的要求，事件采样率不低于1次每秒。4.3.2.1分辨力应优于5mm,观测误差应优于10mm。a)应设置与水位观测采样率、时间服务要求一致的气压观b)动水位观测井应设置井水泄流量的观测。b)井水位观测受附近抽(注)水影响时，宜增设抽(注)水记录项；c)在水库、河流、湖泊、海洋附近进行观测时，宜增设相关水体5.2.1含水层受到外力的作用而发生变形或破坏时，例如，地震孕育与发生过程引起含水层变形或破坏，由于其含水层参数发生变化，引起含水层压力(孔隙压力)的变化。5.2.2含水层受到地下水补给或排泄时，其储水量发生变化。多或水压力升高时，含水层中的地下水流入井中，使井筒内水量增多，引起井水位升高；而储水量减4二含水层隔水层禁段面观测井OO0005.-C二h,H图3井水位(静水位)测量原理示意图5.5压力式水位仪测量原理压力式水位仪的测量原理如图3(b)所示。当井水位发生变化时，井水位的变化可以用井水面以下某一基准面至井水面的水柱高度的变化来描述。传感器测量井中该基准面水柱压力变化，按照电压和水柱压力转换关系，将该基准面的水柱压力变化转换为压力水位值。根据静水位或动水位观测原理，按照一定的换算关系，将压力水位值转换为井水位值。水柱压力与水柱高度的关系为：式中：P₆——水柱压力，单位为帕[斯卡](Pa);p——被测井水的密度，单位为立方米每千克(m³/kg);g——当地重力加速度，单位为牛每千克(N/kg);h——水柱高度，单位为米(m)。当井水面下的基准面为传感器的导压孔时，水柱高度即为压力水位，Hp=h。水柱高度与传感器输出的电压为线性关系时，压力水位表示为：式中：K——仪器系数，单位为米每伏[特](m/V);V——仪器输出电压，单位为伏[特](V)。6DB/T48—2012静水位观测中，由浮子式水位仪产出的原始记录图中的数据为实际测量的水位值(H₅),即井口基准面(点)至井筒内水面的垂直距离，见图3(a)。动水位观测中，由浮子式水位仪产出的原始记录图中的数据(L)转换为动水位(Ha)值的关系C说明：C——井口固定基准点；L,—泄流口中心面至井口基准面(点)的垂直距离；L₂——水面至井口基准面(点)的垂直距离。Ha,L,L₂单位均为米(m)。图4浮子式水位仪动水位观测示意图LH静水位观测中，由仪器产出的压力水位(Hp)值转换为静水位(H₃)值的关系见图5。H₅=L₀-Hp…………(7当水位传感器放置在泄流口上方时，仪器产出的压力水位(Hp)值转换为动水位(Ha)值的关系见图6(a)。C当水位传感器置于泄流口以下时，仪器产出的压力水位(Hp)值转换为动水位(Ha)值的关系见仪器产出的压力水位(Hp)值转换为动水位(H₄Ha=Hp-(L₀-L₁)………(6)DB/T48—201287.1.1观测仪器安装前应进行安装条件的检查，检查要求见A.1。7.2.1压力式水位仪应进行传感器线性检测，检测要求见A.3.2。7.2.2仪器安装后应进行水位观测仪器整机检测，检测要求见A.3.3。7.3.1自流井宜在井管上安装泄流管和测压管，技术要求见B7.3.2井水温度大于40℃或井水中有较多气泡逸出时，宜在副井管中观测井水位，技术要求见7.4.1.4压力式水位仪校测：有人值守的观测站每1个月校测1次，无人值守的观测站每3个月校测7.4.2.1静水位采用测钟法或电极法测量井水位值，用5次测量值的平均值作为井水位校测值。7.4.2.2动水位采用测压管法读取井水位值，用5次读数的平均值作为井水位校测值。7.4.2.4井水位校测过程及结果处理方法见附录C。井水位观测数据包括原始数据和产出数据，数据分类应符合DB/T11.2—2007中的6.5。98.1.2数据属性静水位量的符号为H₃,动水位量的符号为Ha,基本单位名称为米，单位符号m,有效数据位为小数点后3位。8.2原始数据8.2.1井水位测项的原始时间序列数据为分钟值或小时值。8.2.2地震事件的井水位时间序列数据为秒钟值。8.2.3气压测项的时间序列数据为分钟值。8.2.4降水测项的时间序列数据为分钟值。8.3产出数据8.3.1预处理数据井水位观测值经预处理后的时间序列数据，应与原始观测数据相对应。观测数据预处理要求见附8.3.2均值数据由预处理数据计算井水位观测的时均值、日均值、旬均值和月均值数据序列。8.3.3观测日志记录每日仪器运行、观测维护、环境影响、数据产出等信息，产出周期不应大于1次每天。8.3.4月观测报表和年度观测报告8.3.4.1月观测报表按照井水位测项编写月报表，月报表内容包括观测数据(整点值、日均值、月均值)、观测曲线(整点值及日均值)和观测工作说明。8.3.4.2年度观测报告按照观测台站编写观测年报，年报内容包括台站概况、观测系统运行状况、产出数据描述、典型事件记录、存在的主要问题。8.4均值数据计算8.4.1时均值计算时均值数据yn为时段t内60个分钟值数据ym的平均值。如果ym的无效数据总数大于等于30个，则y。为无效值；否则使用有效的分钟值数据计算时均值，计算公式如下：式中：n——本小时内有效的分钟值数据个数。8.4.2日均值计算日均值数据ya为某日内0时~23时的时均值数据y。的平均值。如果y。的无效数据总数大于等于12个，则ya为无效值；否则使用有效的时均值数据计算日均值，计算公式如下：式中：n——本日内有效的时均值数据个数。8.4.3旬均值计算旬均值数据y、分别为某月内1日～10日、11日～20日和21日至月末最后一天的日均值数据ya的平均值。如果ya的无效数据总数大于本旬数据个数的一半，则y、为无效值；否则使用有效的日均值数据计算旬均值，计算公式如下：式中：i——取1,2,3,分别表示上、中、下旬；n——本旬内有效的数据个数。8.4.4月均值月均值数据ym为某月内所有日均值数据ya的平均值。如果ya的无效数据总数大于本月数据个数的一半，则ym为无效值；否则使用有效的日均值数据计算月均值，计算公式如下：式中：n——本月内有效日均值数据个数。绘制水位曲线时，应按照附录D所规定的要求绘制。8.6.1.1积累不少于1年的连续、稳定的井水位观测数据，具有年度变化规律。8.6.1.3使用固定时间窗内的数据计算中误差，超过n倍中误差的数据个数不大于历年相同方法计8.6.1.4n值确定可根据序列属性、噪声水平、变化背景等，在[1,3]值域内选取。8.6.2.1使用3年以上月均值数据作去趋势处理后计算中误差，大于n倍中误差的数据。8.6.2.2使用3年以上月潮汐因子数据计算中误差，大于n倍中误差的数据。使用3个月以上日均值数据作去趋势处理后计算中误差，大于n倍中误差的数据。使用3天以上时均值数据作去趋势处理后计算中误差，大于n倍中误差的数据。判定观测数据存在异常变化时，应检查并确认仪器运行状况，并在观测日志中对仪器运行状态与(规范性附录)仪器安装A.1安装准备A.1.1观测仪器应具备生产厂商给出的测试报告，包含分辨力、最大误差、水位跟踪速度等指标的测试结果。A.1.2对仪器各组件进行检查。A.1.3测量观测井深度。A.1.4确认井内无卡物以及井水面上无漂浮物等。A.1.5确定观测井口固定基准面(点)。A.1.6静水位观测井应测量井口固定基准面(点)至井筒内水面的垂直距离。A.1.7动水位观测井应测量泄流口中心面(点)至井口基准面(点)、泄流口中心面(点)到井筒内水面的垂直距离。A.1.8应对避雷设施等观测环境进行检查。A.2浮子式水位仪A.2.1滚筒与滑轮连接，应保证二者重心重合。A.2.2浮子与重锤的配置以达到最佳平衡状态为原则，配置见表A.1。表A.1浮子式水位仪的浮子与重锤配置表圆筒形圆锥形高度ggA.2.3安装时重锤应靠向观测者一侧，浮子应居于井水面的中央，应避免浮子蹭井壁。A.2.4一般情况下重锤宜放在井筒中，但井径较小且水位日变幅小于井口到地面的距离时，也可以放在井筒外。A.2.5记录纸安装后，记录笔应按照当时的时间放置在记录纸标注时间刻度处，并标记当时的水位校测值。A.2.6安装之后，应在现场观察仪器工作状态不少于2小时，确认仪器工作正常后结束安装。A.3压力式水位仪A.3.1传感器安装位置的确定A.3.1.1传感器放置在水面以下，应保证水位下降时传感器不露出水面，水位上升时传感器上部水柱高度不超过仪器量程最大值。A.3.1.2量取传感器电缆线投放深度，误差不大于5mm。A.3.2传感器线性检测在井口基准面上固定传感器电缆，传感器从水面开始向下放置10次。每次下降幅度为1.00m,静置2min后读取仪器的显示值，填入表A.2。再从水下面10m开始向上提升10次，每次上升幅度为1.00m,静置2min后读取仪器的显示值，填入表A.2。计算升降幅度与仪器相应读数之间的差值，填入表A.2。每次的显示值与测量值之间差值小于10mm,则表明传感器线性指标符合观测技术要求。A.3.3安装检查A.3.3.1仪器安装后，应检查仪器的工作状态，检查结果填入表A.2。A.3.3.2仪器安装检查后，应在现场观察仪器工作状态2小时以上，确认仪器工作正常。A.4安装记录表仪器的安装后，形成表A.2压力式水位仪安装记录表。表A.2压力式水位仪安装记录表台站名称安装日期水位类型安装人员安装前检查电源检查123456789下降幅度123456789DB/T48—2012续表安装结果检查传感器固定时间水位检查(每1小时记录1次)时间时分时分时分问题与处理意见2.观测井深度测量值(m):基准面(点)到井底的垂直距离；3.井口检查：井口装置(不)符合要求，有(无)井内卡物，有(无)漂浮物等；4.电源检查：交流供电电压(不)符合要求，有(无)直流供电；5.井水位校测值(m):基准面(点)到水面的垂直距离；6.差值：水位校测值减仪器显示值；7.工作参数显示功能：正常(不正常);8.工作参数修改功能：有(无);9.通讯功能：正常(不正常);10.仪器工作状态：正常(不正常);11.问题与处理意见：填写具体处理意见。B.1.1.1当观测井水位的水头高于地面2m时，宜在主井管上进行有泄流的动水位观测。B.1.1.2主井管装置由泄流管、测压管、控流阀与泄流槽等组成，见图B.1。④①③①③②—泄流管；根据泄流量大小而定，一般以20mm～100mm为宜。B.1.2.5泄流管向上的井管高度应大于1.5m。B.2副井管装置B.2.1井水温度大于40℃或井水中有较多气泡时，宜在副井管中观测井水位，副井管装置见图B.2。c)连通管的连接方式，一般情况下以平接为宜；d)井水中含气量较大时以斜接管为宜，主井管上的接口在上，副井管上的接口在下，其斜度宜为45°。(规范性附录)水位校测过程及结果处理C.1井水位校测值测量方法C.1.1测钟法测钟法装置由测量尺与测钟构成，见图C.1(a),测量尺可选用钢卷尺或皮卷尺，钢卷尺的刻度精度应不低于1mm,皮卷尺的刻度精度应不低于2mm。校测水位时缓慢下放测钟，当测钟接触水面时即发出声音，上下移动使测钟恰好处于接触水面的位置，确定测量尺与井口基准面的相交点位置，测量尺交点位置的读数加上测钟高度即为井水位测量值。C.1.2电极法电极法装置由测量尺与测量器构成，见图C.1(b)。测量器由水面接触开关、工作电路、电池和蜂鸣器组成。测量尺可选用钢卷尺或皮卷尺，钢卷尺的刻度精度应不低于1mm,皮卷尺的刻度精度应当测量器接触水面时，水面接触开关即刻导通，蜂鸣器发声；测量器离开水面，水面接触开关断开，蜂鸣器停止发声。确定测量尺与井口基准面的相交点位置，测量尺交点位置的读数加上测量器高度即为井水位测量值。—测量尺—测量尺一测量尺图C.1水位校测装置示意图C.1.3测压管法直接读取测压管中水柱高度，所读取的数据即为井水位测量值。静水位使用测钟法或电极法连续重复测量5次，计算出5次测量值的平均值和平均误差。若平均误差满足表C.1的要求，则将平均值作为校准观测仪器的井水位校测值，并将测量结果与计算结果填入表C.2。否则应重新测量5次，再计算测量值的平均值和误差。动水位直接读取测压管上的水位值，每次间隔1min~2min,重复读取5次。计算出5次读数的平均值和平均误差。若平均误差σ₁不超过表C.1给出的误差阈值，则将平均值作为校准观测仪器的井水位校测值，并将读数与计算结果填入表C.3。否则应重新读取5次，再计算读数的平均值和误差。/h,——1次~5次的测量值；H₁——5次测量值的平均值，即井水位的校测值。在进行井水位测量的同一时刻，读取观测仪器显示的水位值。计算出5次仪器显示水位值的平均值和平均误差，并将读数与计算结果填入表C.2或C.3。5次仪器显示水位值的平均值H₂为井水位观次~5次的仪器显示水位值；C.2观测仪器水位值校正井水位校正误差△H计算公式如下：σ₁—井水位校测值的误差。σ₂——井水位观测仪器值的误差；△h——仪器系统最大误差，△h=0.2%压力水位值+0.1%F·S(1个月)。计算水位校测值(H₁)与观测仪器值(H₂)的差值：如果|△H'|≤△H则：表示观测仪器指标合格，此时使用水位校测值修正观测仪器常数(传感器导压孔至井口固定基准面(点)的垂直距离，图3中的L₀),使得△H′=H₁-H₂=0,校测工作完成。如果|△H'|>△H,表明仪器观测的最大误差指标达不到观测技术要求。表C.2静水位校测记录表校测日期日的垂直距离2345误差σ校测人：校核人：台站技术负责人：DB/T48—201