福州烏鴉嘴泉水氡恒溫脫氣觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)研究

朱繼承，林國(guó)元

（福州地震臺(tái)，福建 福州 350003）

福州烏鴉嘴泉水氡恒溫脫氣觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)研究

朱繼承，林國(guó)元

（福州地震臺(tái)，福建 福州 350003）

在日常觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)水氡水樣在水溫相對(duì)高時(shí)進(jìn)行脫氣，水氡測(cè)值也相對(duì)較高，反之氡值相對(duì)較低。特別在夏季和冬季室外溫度變化比較大，水樣水溫變化也較大，在不同的水樣水溫條件下脫氣時(shí)，對(duì)水氡測(cè)值影響也不相同。為了分析相同水樣在不同水溫條件脫氣對(duì)水氡測(cè)值影響變化，進(jìn)行一系列的比測(cè)實(shí)驗(yàn)，采用恒溫水浴來(lái)控制相同水樣在不同水溫（20℃、25℃、30℃）條件下進(jìn)行脫氣對(duì)比觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，試圖找出相對(duì)于對(duì)水氡測(cè)值影響較小，較為穩(wěn)定水樣溫度或溫度區(qū)間條件下進(jìn)行恒溫脫氣的觀測(cè)方法。

水氡；恒溫脫氣觀測(cè)；比測(cè)實(shí)驗(yàn)

0 引言

氡（Rn）是自然界非常稀有的無(wú)聲、無(wú)嗅、無(wú)色的氣體元素，是鐳在蛻變過(guò)程中產(chǎn)生的一種弱放射性氣體，氡本身是一種惰性氣體，不與其他元素結(jié)合，質(zhì)量比空氣重，易溶于水、油、脂肪中，更易溶于空氣。氡的半衰期為3.825 d，衰變之后放射性減少。在日常工作對(duì)水氡資料整理和分析過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)福州烏鴉嘴泉的水氡觀測(cè)資料年動(dòng)態(tài)變化主要是夏高冬低型，常年取樣水溫在22.4℃左右，這類水點(diǎn)水氡與水溫關(guān)系密切，水溫高時(shí)水氡測(cè)值高，水溫低時(shí)水氡測(cè)值低。而且烏鴉嘴泉的水氡水樣鼓泡水溫相對(duì)高，氡值也相對(duì)高，反之氡值也低，水樣鼓泡水溫與氡值呈正相關(guān)。特別在夏季和冬季室外溫度變化比較大，水樣鼓泡水溫變化也較大，對(duì)水氡測(cè)值影響也較大。從理論上解釋，因水樣鼓泡溫度的不同，直接改變了氡氣在水中的溶解系數(shù)，使脫氣效率發(fā)生變化，從而影響到氡的最終觀測(cè)結(jié)果［1-2］。那么采用恒溫水浴控制水樣水溫在一個(gè)恒定的溫度內(nèi)脫氣，是否可以避免或減少了因水樣水溫不同而引起氡值的變化干擾影響。因此采用了恒溫水浴來(lái)控制相同水樣在不同水溫（20℃、25℃、30℃）條件下進(jìn)行脫氣對(duì)比觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，試圖找出相對(duì)于對(duì)水氡測(cè)值影響較小，較為穩(wěn)定水樣溫度或溫度區(qū)間條件下進(jìn)行恒溫脫氣的觀測(cè)方法。

1 臺(tái)站觀測(cè)概況

福州烏鴉嘴泉觀測(cè)井水點(diǎn)位于福州市西門外坑里村，地理坐標(biāo)北緯26°05′、東經(jīng)119°16′，海拔高程12 m。處于大夢(mèng)山-登云水庫(kù)斷裂南側(cè)，為上升泉，周圍系燕山期灰白色中粗粒全晶質(zhì)黑云母花崗巖，泉眼出露于侵入花崗巖中的花崗斑巖，屬裂隙含水帶。烏鴉嘴泉水溫年均值22.4℃?，F(xiàn)在臺(tái)站模擬水氡觀測(cè)采用FD-125型氡釷分析器和FH463A自動(dòng)定標(biāo)器，觀測(cè)時(shí)還需配備真空泵，每年都要對(duì)觀測(cè)儀器進(jìn)行標(biāo)定，而且所用的氡氣標(biāo)定器每3～5 a都需進(jìn)行刻度校正，觀測(cè)值一般為早上8點(diǎn)±10采集水樣，觀測(cè)的是地下水中溶解氣與游離氣體中的氡的含量。儀器的工作原理是根據(jù)氡的放射質(zhì)而設(shè)計(jì)的［3］。該儀器觀測(cè)環(huán)境要求較高，根據(jù)《地震水文地球化學(xué)觀測(cè)技術(shù)》觀測(cè)室內(nèi)溫度，北方要保持在15°～25°，南方要保持在20°～30°。控溫可采用空調(diào)機(jī)、遠(yuǎn)紅外或電熱取暖等設(shè)備。嚴(yán)禁用火爐取暖［4］。

2 實(shí)驗(yàn)

圖1 開(kāi)空調(diào)和沒(méi)開(kāi)空調(diào)觀測(cè)室的水氡測(cè)值對(duì)比圖℃Fig.1 Comparison chart of water radon measurement value in the observation room with air conditioning running and air conditioning closing

2.1 有空調(diào)和沒(méi)空調(diào)觀測(cè)室環(huán)境條件下的比測(cè)實(shí)驗(yàn)

在早上8點(diǎn)±10采集水樣時(shí)，使用真空擴(kuò)散器采集五個(gè)水樣，嚴(yán)格按照《地震水文地球化學(xué)觀測(cè)技術(shù)》要求進(jìn)行觀測(cè)主、副樣二個(gè)水樣。主、副樣是在有開(kāi)空調(diào)觀測(cè)室內(nèi)觀測(cè)，第三個(gè)閃爍室重測(cè)樣，是在另一個(gè)沒(méi)有開(kāi)空調(diào)觀測(cè)室正常氣溫條件下，進(jìn)行鼓泡脫氣觀測(cè)，進(jìn)行了11 d的對(duì)比觀測(cè)，從觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，有開(kāi)空調(diào)的水樣測(cè)值相對(duì)比沒(méi)有開(kāi)空調(diào)的水樣測(cè)值高，11 d平均氡值206～190 Bq/ L，高了16 Bq/L，從原始數(shù)據(jù)的圖形曲線上看，水氡測(cè)值受觀測(cè)室溫度和鼓泡水溫變化影響較明顯，室溫高時(shí)氡值相對(duì)較高，反之低（圖1）。

2.2 采用恒溫水浴控制相同的水樣在20℃水溫條件下的比測(cè)實(shí)驗(yàn)

2.2.1 采用恒溫水浴工作原理

恒溫水浴儀內(nèi)水平放置有不銹鋼U型管狀加熱器，水槽的內(nèi)部放有帶孔的鋁制擱板。上蓋上配有不同口徑的組合套圈，可適應(yīng)不同口徑的燒瓶。恒溫水浴鍋?zhàn)髠?cè)有放水管，恒溫水浴鍋右側(cè)是電氣箱，電氣箱前面板上裝有溫度控制儀表、電源開(kāi)關(guān)。電氣箱內(nèi)有電熱管和傳感器?？販胤秶菏覝?00℃、控溫精度：±0.5℃，該儀器溫度控制系統(tǒng)采用了電子元件，控溫靈敏、性能可靠、使用方便。

工作原理是：傳感器將水槽內(nèi)水的溫度轉(zhuǎn)換為電阻值，經(jīng)過(guò)集成放大器的放大、比較后，輸出控制信號(hào)，有效地控制電加熱管的平均加熱功率，使水槽內(nèi)的水保持恒溫。

2.2.2 采用恒溫水浴觀測(cè)方法

首先在恒溫水浴儀里放滿水，通電源，把每天取回來(lái)的水樣真空擴(kuò)散器放入恒溫水浴中，然后設(shè)置恒溫水浴的溫度20℃，大約5 min就可以達(dá)到設(shè)置的溫度，再等過(guò)10 min左右穩(wěn)定后，進(jìn)行鼓泡脫氣10±1 min，脫氣結(jié)束后，靜止一個(gè)小時(shí)后再進(jìn)行觀測(cè)計(jì)算氡值（圖2）。

圖2 利用恒溫水浴制水樣水溫進(jìn)行脫氣觀測(cè)Fig.2 The degassing observation by using constant temperature water bath

圖3 開(kāi)空調(diào)觀測(cè)室和恒溫水浴控溫20℃條件脫氣觀測(cè)的水氡測(cè)值對(duì)比圖Fig.3 Comparison chart of water radon measurement value during the degassing observation with air conditioning running in the observation room and 20℃constant temperature water bath

采用恒溫水浴控制相同的水樣在20℃條件下脫氣觀測(cè)，進(jìn)行了8 d的比測(cè)實(shí)驗(yàn)，從觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，采用空調(diào)控溫和恒溫水浴控溫20℃，8 d平均氡值分別為191、185 Bq/L，高了9Bq/L，空調(diào)觀測(cè)室最高氡值196 Bq/L，最低氡值186 Bq/L，相差10 Bq/L，而恒溫水浴控溫20℃條件下的最高氡值188 Bq/L，最低氡值175 Bq/L，相差13 Bq/L，觀測(cè)效果不理想，測(cè)值變化不是很穩(wěn)定，說(shuō)明控溫在20℃的鼓泡脫氣水氡觀測(cè)不穩(wěn)定。但是采用恒溫水浴控溫條件下脫氣觀測(cè)水氡測(cè)值，不受觀測(cè)室溫度的干擾影響（圖3）。

2.2 采用恒溫水浴控制相同的水樣在25℃水溫條件下的比測(cè)實(shí)驗(yàn)

采用恒溫水浴控制相同的水樣在25℃條件下脫氣觀測(cè)，進(jìn)行了10 d的比測(cè)實(shí)驗(yàn)，從觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，采用空調(diào)控溫和恒溫水浴控溫25℃，10 d平均氡值分別為184、183 Bq/L，高了1 Bq/L，空調(diào)觀測(cè)室最高氡值189 Bq/L，最低氡值180 Bq/L，相差9 Bq/L。而恒溫水浴控溫25℃條件下的最高氡值187 Bq/L，最低氡值181 Bq/L，相差6 Bq/L，觀測(cè)效果較理想，測(cè)值變化較穩(wěn)定，跟空調(diào)觀測(cè)的水氡整個(gè)趨勢(shì)變化較好，說(shuō)明恒溫水浴控溫在25℃鼓泡脫氣效果較理想。而且恒溫水浴在控溫方面比空調(diào)控溫時(shí)間更快、更精確、更穩(wěn)定、效果更好（圖4）。

圖4 開(kāi)空調(diào)觀測(cè)室和恒溫水浴控溫25℃條件脫氣觀測(cè)的水氡測(cè)值對(duì)比圖Fig.4 Comparison chart of water radon measurement value during the degassing observation with air conditioning running in the observation room and 25℃constant temperature water bath

2.3 采用恒溫水浴控制相同的水樣在30℃水溫條件下的比測(cè)實(shí)驗(yàn)

采用恒溫水浴控制相同的水樣在30℃條件下脫氣觀測(cè)，進(jìn)行了10 d的比測(cè)實(shí)驗(yàn)，從觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，采用空調(diào)控溫和恒溫水浴控溫30℃，10 d平均氡值分別為192、199 Bq/L，低了7Bq/L，空調(diào)觀測(cè)室最高氡值196 Bq/L，最低氡值185 Bq/L，相差11 Bq/L。而恒溫水浴控溫30℃條件下的最高氡值206 Bq/L，最低氡值190 Bq/L，相差16 Bq/L時(shí)，水樣的溫度穩(wěn)定的時(shí)間偏長(zhǎng)，不利用平時(shí)水氡觀測(cè)。

圖5 開(kāi)空調(diào)觀測(cè)室和恒溫水浴控溫30℃條件脫氣觀測(cè)的水氡測(cè)值對(duì)比圖Fig.5 Comparison chart of water radon measurement value during the degassing observation with air conditioning running in the observation room and 30℃constant temperature water bath temperature condition

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)這段時(shí)間的各種不同方法的比測(cè)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：烏鴉嘴泉的水氡水樣鼓泡水溫相對(duì)高，氡值也相對(duì)高，反之氡值也低。在相同水樣在不同的溫度條件下，進(jìn)行鼓泡脫氣，對(duì)水氡測(cè)值變化存在著一定的影響。從理論上解釋，因水樣鼓泡溫度的不同，直接改變了氡氣在水中的溶解系數(shù)，使脫氣效率發(fā)生變化，從而影響到氡的最終觀測(cè)結(jié)果。

采用恒溫水浴來(lái)控制水樣的溫度進(jìn)行鼓泡脫氣水氡觀測(cè)方法是可行的，而且恒溫水浴在控溫方面，比觀測(cè)室的空調(diào)控溫，時(shí)間更快、更精確、更穩(wěn)定。

采用恒溫水浴控溫在25℃條件下，觀測(cè)的水氡測(cè)值跟空調(diào)觀測(cè)室水氡測(cè)值相比，整個(gè)變化形態(tài)，基本是一致，氡值變化比較接近，而且采用恒溫水浴可以控制水樣溫度在一個(gè)相對(duì)恒定溫度內(nèi)鼓泡脫氣，這樣就可以減少或避免因水樣鼓泡水溫的不同對(duì)水氡測(cè)值變化干擾影響。這種方法觀測(cè)的水氡測(cè)值變化更為穩(wěn)定。

［1］國(guó)家地震局編制.地震水文地球化學(xué)觀測(cè)技術(shù)規(guī)范［M］.北京：地震出版社，1985.

［2］車用太，孔令昌，陳華靜，等.地下流體數(shù)字化觀測(cè)技術(shù)［M］.北京：地震出版社，2002.

［3］中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)司編著.地震前兆異常落實(shí)工作指南［M］.北京：地震出版社，2000.

［4］陳小云，李毅偉，黃永模，等.福建省地下流體觀測(cè)干擾因素綜合查詢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.華南地震，2014，34（4）：51-54.

［5］楊鼎鴻，鄧聰，程慶斌，等.寧德一號(hào)井?dāng)?shù)字化氣氡干擾因素分析研究［J］.華北地震科學(xué)，2013，31（3）：63-67.

［6］李華，楊林根.皖14井地下水觀測(cè)資料變化的原因剖析［J］.華南地震，2013，33（3）：85-91.

［7］裴曉，尹繼堯，楊庭春.張江臺(tái)地表與深井地震觀測(cè)對(duì)比分析［J］.地震工程學(xué)報(bào)，2013，35（2）：366-371.

Experimental Study of Thermostat Degassing Observation of Water Radon of Wuyazui Spring in Fuzhou City

ZHU Jicheng，LIN Guoyuan

（1.Fuzhou Seismic station，Earthquake Administration of Fujian Province，F(xiàn)uzhou 350003，China））

In daily observation，the author finds that water radon measurement value is positively correlated with the degassing temperature of water samples of water radon.Especially in summer and winter，the larger the outdoor temperature changes，the larger the water temperature of water sample changes，degassing in different water temperature，the water radon measurement values are not the same.In order to analyze the same samples with degassing at different temperature，the paper dose series of experiments by using the constant temperature water bath（20℃，25℃，30℃），and tries to find out the observation method，which can be using under stable temperature or temperature range and has little influence to water radon measurement value.

Water radon；Thermostatic degassing observation；Experimental Analysis

P315.723

A

1001-8662（2015）03-0072-05

10.13512/j.hndz.2015.03.011

2014-10-15

朱繼承（1978-），男，工程師，主要從事地震地下流體監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)工作.

E-mail：303217013@qq.com.

朱繼承，林國(guó)元.福州烏鴉嘴泉水氡恒溫脫氣觀測(cè)的實(shí)驗(yàn)研究［J］.華南地震，2015，35（3）：72-76.［ZHU Jicheng，LIN Guoyuan.Experimental Study of Thermostat Degassing Observation of Water Radon of Wuyazui Spring in Fuzhou City［J］.South china journal of seismology，2015，35（3）：72-76.］