1、西安市地?zé)崴_采現(xiàn)狀及其環(huán)境問題王衛(wèi)東 彭建兵 張永志 劉國華 邵廣周（長安大學(xué)地質(zhì)工程與測繪工程學(xué)院,陜西 西安 710054）摘要: 通過對西安地區(qū)地?zé)峋弧⒌孛娉两岛偷亓芽p活動、地震活動等資料的分析得到:西安市區(qū)地面沉降和地裂縫活動與地下熱水開采有一定的聯(lián)系；西安地區(qū)地下熱水的開采與西安及鄰區(qū)的地震活動明顯相關(guān)，造成西安及鄰區(qū)的地震活動性顯著增強(qiáng)，在空間分布上表現(xiàn)為地震由西安城郊向鄰近地區(qū)的轉(zhuǎn)移。關(guān)鍵詞:地?zé)崴_采；地面沉降；地裂縫；地震活動性1 西安地區(qū)地?zé)衢_采現(xiàn)狀西安地區(qū)位于渭河盆地東部，新生界沉積厚度為7000m，構(gòu)成了良好的地?zé)岬刭|(zhì)條件。熱流體為單相熱水，水溫一般在4085，為

2、中低溫?zé)崴偷責(zé)釁^(qū)，受區(qū)域構(gòu)造控制，是以傳導(dǎo)方式為主的地?zé)嵯到y(tǒng)1。該區(qū)具有良好的地溫場背景，大地?zé)崃髌骄禐?.88×10-2w/m2，高于全球(6.11×10-2w/m2)大地?zé)崃髌骄怠Ｔ?000m深處地溫一般為52左右，2000m深處一般在83左右，地溫梯度一般為0.030.035/m，埋深超過2000m時，地溫梯度明顯增高，達(dá)0.0350.05/m,最高可達(dá)0.086/m。據(jù)預(yù)測2，在西安及其周圍1300km2范圍內(nèi)，埋深在10003000m間的可采熱能資源達(dá)1.737×1019J，相當(dāng)于5.928×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，可采熱水達(dá)9.23×

3、108m3。西安地區(qū)的地?zé)峥碧绞加?1973年，深 2000m的03號井（西影井）是西安地區(qū)的第一眼熱水井，該井有自1974年以來完整的水位自動記錄。到1989年，西安地區(qū)千米以上的深井有3眼，但均未開采。1993年有井10眼，至2000年12月，已有熱水深井120眼，年開采熱水已超過500×104m3。目前,仍以每年510眼的速度增加。從圖1可見, 1990年以前，西影井水位基本上在接近地表的位置波動著。在此之后，水位波動地下降。可以看出，西安地區(qū)的熱水井開發(fā)始于1990年，1994年以后開采的速度明顯加快了。 圖1 西影井水位年均值曲線 西安地區(qū)的熱水井分布在西安城郊區(qū)、咸陽市區(qū)

4、、長安區(qū)和臨潼區(qū)。其中，以西安城郊區(qū)最多。城郊區(qū)熱水開采量已超過300×104m3，占全地區(qū)采水量的60左右。熱水井的深度多在12004000m，開采8001500m（第二熱儲層）、12502500m（第三熱儲層）和19002850m（第四熱儲層）等三個層位的熱水，特別是水量豐富、水溫較高的第三熱儲層中的熱水。最深的井在西安城區(qū)，開采深度在30004000m。熱水井的水溫多在52113。不同熱儲層中取水的井位年下降速率不同。第四熱儲層中的井位下降速率最大，可達(dá)46.53m/a，第三熱儲層一般在16.6427.14m/a，第二熱儲層一般在3.7413.58m/a，即越往深處取水的井位下

5、降速率越快。2 地?zé)崴_采與地面沉降、地裂縫和地震活動的關(guān)系分析一般資料認(rèn)為,單井開采地?zé)崴?不會對地面沉降、地裂縫產(chǎn)生直接影響；但有的學(xué)者認(rèn)為,從任何熱儲層中進(jìn)行長期開采幾乎都可能導(dǎo)致可以檢知的地面沉降和地面變形3。西安地區(qū)各開采單位雖然多數(shù)以單井形式開采地?zé)崴谡麄€城郊范圍，尤其是南郊，已形成一定的開采井網(wǎng)密度，且大多數(shù)處在同一開采層段，井間具有一定的連通性。長期過量開采,很可能會導(dǎo)致深部巖層壓力下降，原先飽和狀態(tài)下對上部或上覆巖層的頂托作用(力)減弱，使地層壓縮、致密而造成或加劇地面沉降。到2000年底，多年的地?zé)衢_采，已使西安地區(qū)形成以四醫(yī)大、測繪學(xué)院和西光廠為中心的水位降落漏斗，

6、最大水位下降幅度達(dá)94.56m；而這些地區(qū)也是西安市地面沉降幅度大、地裂縫活動顯著的地區(qū)。另據(jù)有關(guān)資料，19731985年間，天津市由于大量開發(fā)第三系和第四系地下熱水，引起地面沉降總量平均為43mm/a，其中由于第三系熱水的開采引起的沉降量為7.8mm/a，從而引發(fā)了地裂縫活動。我們利用陜西省地震臺網(wǎng)記錄的地震資料，取西安及其鄰近地區(qū)（33.8º34.7ºN，108.5º109.5ºE）研究了1976年以來該區(qū)域的地震活動性。圖2為研究區(qū)的地震頻次圖。由圖可見，1990年之后，每年的地震次數(shù)比1990年之前明顯增多，1990年之后的地震年平均頻次大約是1

7、990年之前的2倍，而全省（或渭河盆地）的地震活動性在上述兩個時段并沒有明顯的變化，但西安地下熱水的開采恰好開始于1990年，表現(xiàn)出地震活動與地下熱水開采的一致性，說明西安地區(qū)的地?zé)崴_采引起了西安附近地區(qū)地震活動性的增強(qiáng)。圖2 研究區(qū)地震頻次圖根據(jù)構(gòu)造物理實驗研究，在地下熱水的作用下，沿斷裂面的巖石產(chǎn)生泥化、水化和溶蝕作用，將使巖石的抗壓強(qiáng)度和斷層摩擦力顯著降低；深部流體的孔隙壓力較大，還可使斷面上的有效正壓力降低。地下應(yīng)力將向無流體活動的周圍地區(qū)集中4，因而地震的空間分布將由地下熱水開采區(qū)沿斷裂向無流體活動的地區(qū)轉(zhuǎn)移。西安城郊在19761989年間發(fā)生過草灘3.5級等10余次地震，但在19

8、90年后再無地震發(fā)生，而周圍臨潼和周至、戶縣等地的地震活動則明顯增強(qiáng)，與上述理論相符合。3 討論 通過上述分析可知，西安市區(qū)地面沉降和地裂縫活動與10余年來西安市地下熱水開采有一定的聯(lián)系；西安地區(qū)地下熱水的開采與西安及鄰區(qū)的地震活動明顯相關(guān)，造成西安及鄰區(qū)的地震活動性顯著增強(qiáng)，在空間分布上表現(xiàn)為地震由西安城郊向鄰近地區(qū)的轉(zhuǎn)移。參考文獻(xiàn)：1惠泱河.西安市的水資源問題J.西北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),1998,28(4):335338.2 吳富春，宋立勝，王鋒等.西安市地?zé)崴_采的現(xiàn)狀分析J.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2002.（1）7274. 3Rybach L,Muffler L J P.地?zé)嵯到y(tǒng)原理和

9、典型地?zé)嵯到y(tǒng)分析M.北京大學(xué)地質(zhì)系地?zé)嵫芯渴易g.北京:地質(zhì)出版社,1986.156157.4 宋貫一,易立新,宋曉冰.地下熱水對斷裂活動與地震活動的影響研究J.地震學(xué)報,2000,22（6）：632636.Present situation of geothermal water exploitation in Xian city and its environment problems Wang Wei-dong,Peng Jian-bing,Zhang Yong-zhi,Liu Guo-hua,Shao Guang-zhou(School of Geological Engineering

10、 and Surveying Engineering, Changan University, Xian 710054，China)Abstract:Based on the data analyses of the water level of hot water well,the ground subsidence and the activity of ground fissures in Xian area ,and seismic activity in Xian and its neighboring area ,we get the results that the ground

11、 subsidence and the activity of ground fissures have some relationship with the geothermal water exploitation；the geothermal water exploitation in Xian is obviously related to the seismic activity in Xian and its neighboring area，and it intensifies the seismic activity in Xian and its neighboring area ,the distribution of earthquake epicenters migrates from the city of Xian city to its adjace