溫差對(duì)泉州四至井水氡測(cè)值的影響分析

尤宇星

(泉州基準(zhǔn)地震臺(tái),福建 泉州 362000)

溫差對(duì)泉州四至井水氡測(cè)值的影響分析

尤宇星

(泉州基準(zhǔn)地震臺(tái),福建 泉州 362000)

溫度變化是影響水氡觀測(cè)值的主要因素之一。通過1986—2009年泉州臺(tái)四至井觀測(cè)數(shù)據(jù)資料的分析,說明:調(diào)整觀測(cè)室室內(nèi)溫度使其超過采集水樣的原始溫度,在運(yùn)輸水樣過程中對(duì)水樣采取保溫措施,減小取樣水溫和鼓泡后水溫的溫差,能夠得到更真實(shí)、準(zhǔn)確的觀測(cè)值。

溫差;水氡觀測(cè);年動(dòng)態(tài)特征;泉州四至井

0 引言

水氡觀測(cè)指的是測(cè)量地下水中氡濃度隨時(shí)間的變化,而水氡觀測(cè)的目的是為了能在地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)時(shí),通過氡的變化來及時(shí)、準(zhǔn)確地反映其自然變化的動(dòng)態(tài)[1]。但在氡觀測(cè)環(huán)節(jié)中(包括取樣、鼓泡及測(cè)試),受到多種因素的影響,如:氣溫、氣壓、取樣水溫、觀測(cè)室室溫、濕度、儀器的穩(wěn)定性及人工操作方法的差異等。溫度變化對(duì)觀測(cè)的影響始終伴隨整個(gè)操作過程。本文通過分析鼓泡后水溫與取樣時(shí)井水水溫之間的溫差對(duì)泉州四至井水氡測(cè)值的影響,針對(duì)常年水溫在20℃左右的自流井,在水樣運(yùn)輸過程中采取保溫措施(尤其在低于水樣原始溫度較大的12月至次年2月),使觀測(cè)室室溫高于水樣的原始溫度,達(dá)到了提高水氡觀測(cè)質(zhì)量的目的。

1 四至井水氡動(dòng)態(tài)特征

1.1 泉州四至井概況

泉州水氡取樣井點(diǎn)位于北東向長(zhǎng)樂—詔安斷裂帶與北西向永安—晉江斷裂帶交匯點(diǎn)附近的清源山四至村東面沖溝邊緣,其海拔高程25m,含水層為第四紀(jì)坡殘積層,水位埋深1.2～2.8m,井水溫度18.2～25.5℃,井底距地4.41m。自1986年5月1日起采用FD-125型測(cè)氡儀進(jìn)行水氡動(dòng)態(tài)觀測(cè),觀測(cè)人員固定,嚴(yán)格按規(guī)范要求觀測(cè),隨機(jī)干擾小,資料連續(xù)可靠。

1.21986 —2009年水氡觀測(cè)條件變化情況

泉州市地處低緯度地區(qū),東臨臺(tái)灣海峽,屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候,年平均氣溫18～20℃。1991年4月1日之前,因條件限制未采用冷暖空調(diào),觀測(cè)條件相對(duì)較差,所以室溫受外界影響較大,年變幅度約20℃,年氣壓差約為15～20hPa,相對(duì)濕度一年之中有超過四分之三的天數(shù)大于76%;1991年4月1日后增加了空調(diào),室內(nèi)觀測(cè)條件得到較大改善,但從采集完水樣到觀測(cè)室正式鼓泡前,即在運(yùn)輸過程中仍受到室外自然環(huán)境的影響;2006年6月考慮到室內(nèi)外溫差的影響,專門為采集水樣的擴(kuò)散器制作了簡(jiǎn)易的保溫箱。

1.3 水氡年動(dòng)態(tài)及多年動(dòng)態(tài)特征

四至井水氡自投入觀測(cè)以來,水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)每日變化的幅度較小。采用由中國(guó)地震局地震研究所研制的 EIS2000軟件系統(tǒng)[2],用一般多項(xiàng)式分段曲線擬合方法處理四至井水氡原始五日均值數(shù)據(jù),該方法利用不同時(shí)間段五日均值序列之間的相關(guān)濾波作用,求出觀測(cè)值的動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)曲線(圖1b)。經(jīng)處理1986-2009年的資料,得到正常動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)曲線和五日均值曲線變化規(guī)律較為一致的結(jié)論。其年動(dòng)態(tài)變化規(guī)律明顯為夏高冬低,高峰期在年均溫度較高期,即7—10月,低谷一般在年均溫度較低期,即12月至次年2月(圖1a、圖1b),與氣溫變化呈正相關(guān)性。若采用由中國(guó)地震局地震研究所研制的 EIS2000軟件系統(tǒng),用最佳逼近正交多項(xiàng)式曲線擬合方法處理四至井水氡原始五日均值數(shù)據(jù),得到其多年動(dòng)態(tài)趨勢(shì)呈有規(guī)律的下降-平穩(wěn)-下降-平穩(wěn)型(圖1c)。

圖1 泉州水氡觀測(cè)井1986—2009年數(shù)據(jù)處理結(jié)果

1.4 溫度變化對(duì)水氡年動(dòng)態(tài)成因的影響分析

氣溫夏高冬低的季節(jié)性變化對(duì)水氡的年動(dòng)態(tài)影響很大[3],而鼓泡后水溫與水氡也呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。作者研究了1987—2009年“水氡-氣溫”及“水氡-鼓泡后水溫”之間的相關(guān)性,得到表1。

表1 水氡與氣溫、鼓泡后水溫之間的相關(guān)系數(shù)

從表1的相關(guān)系數(shù)看,水氡與氣溫、鼓泡后水溫的相關(guān)性都非常密切。其中水氡與鼓泡后水溫的相關(guān)性更密切,從回歸系數(shù)的對(duì)比看,鼓泡后水溫對(duì)水氡的影響程度比氣溫要大1倍。因此認(rèn)為氣溫和鼓泡后水溫的周期變化是水氡具有年動(dòng)態(tài)變化的主要內(nèi)在原因[4]。鼓泡后水溫是由四至井井水原始水溫以及經(jīng)水樣運(yùn)輸過程中受氣溫和觀測(cè)室室溫的影響后測(cè)得。因此如果把鼓泡后水溫與四至井井水原始水溫之間的溫差變小,就可以提高泉州四至井水氡觀測(cè)的質(zhì)量。

2 溫差影響分析及改善方法

2.1 四至井1986—2009年水氡值與溫差變化關(guān)系

從四至井取樣點(diǎn)到泉州臺(tái)觀測(cè)室運(yùn)水氡樣約需20min,考慮到與年均取樣水溫23.7℃相比溫差最大分別在7—10月和12月—次年2月。因此我們對(duì)氡值在高峰期和低谷期的變化幅度及取樣時(shí)水溫和鼓泡時(shí)的水溫之間溫差做了一些分析。

為排除單點(diǎn)突跳對(duì)氡值統(tǒng)計(jì)結(jié)果的影響,從而更好地反映氡值的變化趨勢(shì),以上表格氡值均采用五日均值。從表2我們可以明顯看出:

(1)1991年4月增加空調(diào)后,改善了觀測(cè)環(huán)境,鼓泡后的水溫與取樣水溫比較接近;

(2)除1986—1987年與2001—2002年之外,12月至次年2月氡的區(qū)間值變化幅度均要大于7—10月,說明當(dāng)在低于取樣水溫的天氣進(jìn)行觀測(cè)時(shí)對(duì)水氡氡值觀測(cè)結(jié)果影響更大;

(3)自2006年6月考慮到室內(nèi)外溫差的影響后專門為采集水樣的擴(kuò)散器制作了簡(jiǎn)易的保溫箱,從表2可以看出2006—2010年12月—次年2月的鼓泡后水溫均值均高于取樣時(shí)水溫均值。

(4)在針對(duì)運(yùn)輸過程采取對(duì)水樣保溫措施后,2007—2009年7—10月與12月—次年2月水氡測(cè)值的變化幅度均有較明顯的縮小。

2.2 降低溫差影響的技術(shù)措施及其效果評(píng)價(jià)

泉州四至井水氡動(dòng)態(tài)變化在無臨震突跳異常、無中長(zhǎng)期趨勢(shì)異常以及其它因素的干擾異常時(shí),其正常的年動(dòng)態(tài)變化特征應(yīng)表現(xiàn)為:①3—6月為上升期;②7—10月內(nèi)達(dá)到高峰;③達(dá)到峰值后至11月為下降期;④12月至次年2月內(nèi)降到低谷。作者通過對(duì)1986—2009年的水氡動(dòng)態(tài)特征對(duì)比分析,找到8次均吻合上述描述的年動(dòng)態(tài)特征記錄。用均方差的方法來檢驗(yàn)降低溫差是否對(duì)水氡觀測(cè)質(zhì)量有所提高。均方差越高,表示水氡測(cè)值受到其干擾越大,相應(yīng)數(shù)據(jù)也就越離散[5]。

表21986 —2009年泉州四至井水氡觀測(cè)值與溫差的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表3 水氡測(cè)值年正常動(dòng)態(tài)特征的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

由表3的數(shù)據(jù)分析得到:水氡觀測(cè)室安裝空調(diào)后使室溫高于四至井井水的原始水溫,以及在水樣運(yùn)輸過程中對(duì)其采取保溫措施后,即2007—2009年的7—10月或12—2月鼓泡后水溫與△T的均方差均變小,表明鼓泡后水溫越趨于穩(wěn)定,受到外界氣溫和室溫的干擾越小。同時(shí)水氡測(cè)值的均方差也相應(yīng)的變小,水氡測(cè)值的離散度也變小。

2.3 溫度變化對(duì)水氡觀測(cè)的影響分析

筆者于2010年11月29日至12月4日分別對(duì)觀測(cè)水樣樣品(取樣水溫為22.3℃)進(jìn)行人工降溫及用磁加熱儀進(jìn)行升溫,分別在15～40℃水溫范圍內(nèi)做了3次試驗(yàn),氡值取均值然后分別計(jì)算其相對(duì)于22.6℃測(cè)值的相對(duì)誤差(表4)。結(jié)果證實(shí),水溫的不同可造成水氡觀測(cè)最大誤差為-9.0%,同時(shí)也證實(shí),當(dāng)水溫降低時(shí),相對(duì)誤差也相應(yīng)的加大。

表4 不同溫差對(duì)水氡測(cè)值影響的試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

根據(jù)以上泉州四至井1986—2009年資料分析得到以下結(jié)論:

(1)取樣點(diǎn)的水溫與鼓泡至閃爍室前的水樣溫度之差,是影響水氡測(cè)值的重要因素之一;

(2)溫差對(duì)水氡測(cè)值的影響在低溫季節(jié)(12—2月)大于高溫季節(jié)(3—10月);

(3)取樣點(diǎn)到觀測(cè)室的運(yùn)樣時(shí)段對(duì)水樣采取保溫措施,在觀測(cè)室保持“恒”溫等技術(shù)措施,可以有效地減弱溫差對(duì)水氡測(cè)值的影響,明顯提高水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

致謝:本文得到泉州地震研究中心林建生老師 的認(rèn)真指導(dǎo),在此表示真摯的感謝!

[1] 劉學(xué)領(lǐng),馬建英,程立康,等.水氡觀測(cè)樣品脫氣溫度及觀測(cè)時(shí)間的選取[J].地震地磁觀測(cè)與研究,29(2):55-57.

[2] 蔣駿,李勝樂,張雁濱,等.地震前兆信息處理與軟件系統(tǒng)[M].北京:地震出版社,2000.

[3] 范雪芳,張淑亮,張美仙,等.山西忻州奇村熱水井水氡干擾分析[J].華北地震科學(xué),2002,20(3):40-43.

[4] 張學(xué)敏,藍(lán)陵,李艷萍.新疆烏魯木齊地區(qū)多年水氡觀測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)與分析[J].內(nèi)陸地震,2003,17(3):259-267.

[5] 張翊寧,陳瑩.福建省水氡觀測(cè)資料變化規(guī)律與穩(wěn)定性評(píng)定[J].華南地震,2005,25(4),68-71.

Analysis on the Impact of Temperature Difference on Radon Concentration in Water of Sizhi Well in Quanzhou

YOU Yu-xing
(Quanzhou Standard Seismic Station,Fujian 362000,China)

The temperature difference is one of the major factors that have influence on radon concentration in water.This paper analyzes the observation data of water radon in Sizhi well from 1986to 2009.The analysis indicates that the accuracy of observation data can be improved by keeping the temperature of observation room higher than that of water samples,taking essential heat preservation during the transportation of the water samples and reducing the temperature difference of water samples between the bubbled water.

temperature difference;water radon concentration;annual dynamic features;Sizhi well in Quanzhou

P315.61

A

1003-1375(2011)03-0057-04

2010-12-05

尤宇星(1979-),男(漢族),福建泉州人,助理工程師,主要從事地下流體觀測(cè)工作.E-mail:yyx9511@sina.com或181420741@qq.com