廬江地震臺(tái)溶解氣氫異常核實(shí)分析

馬城城++姜薇薇++汪世仙++李伸亮++胡婷婷++倪俊珺

摘 要：氣體觀測(cè)作為一項(xiàng)成熟的地震地下流體前兆觀測(cè)手段，在地震前后的前兆信息具有較高的科學(xué)價(jià)值。廬江臺(tái)觀測(cè)超過(guò)30年，積累的一定的經(jīng)驗(yàn)以及異常識(shí)別方法。自2014年1月底溶解氫高值后，廬江臺(tái)氫氣處于波動(dòng)變化狀態(tài)，期間發(fā)生霍山Ms4.3級(jí)地震及長(zhǎng)豐小震群，4月份儀器分子篩活化過(guò)程不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)波動(dòng)較大更換活化柱后，氫氣峰值分離正常，數(shù)據(jù)趨于平穩(wěn)在正常范圍內(nèi)波動(dòng)。該文從觀測(cè)環(huán)境、觀測(cè)條件、儀器性能等方面進(jìn)行案例總結(jié)和討論，總結(jié)出氫氣觀測(cè)中干擾因素的識(shí)別和排除。

關(guān)鍵詞：氫氣 干擾因素 異常核實(shí)

中圖分類(lèi)號(hào)：P315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）12（c）-0213-02

氫氣是世界上已知的密度最小的氣體，難溶于水，國(guó)外地震學(xué)家普遍認(rèn)為，地殼下層的塑性巖石或蛇紋巖，被擠進(jìn)地殼上層的裂縫中時(shí)，就會(huì)引發(fā)地震。塑性巖石或蛇紋巖一旦發(fā)生斷裂，氫氣就經(jīng)由斷層的裂隙中冒出，致使正常空氣中的氫氣濃度劇增。

SP-3400型氣相色譜儀是中國(guó)地震局背景場(chǎng)項(xiàng)目中增設(shè)的新儀器，主要觀測(cè)水中溶解的氦氣、氫氣、氧氣、甲烷等氣體，2013年7月1日投入使用并進(jìn)行試運(yùn)行。

1 井泉及儀器原理概況

廬江地震臺(tái)湯池1號(hào)井位于安徽省廬江縣湯池鎮(zhèn)，為自流井，1973年11月成孔，第四紀(jì)覆蓋層厚19 m，湯池1號(hào)井井深327.05 m，井口水溫約63.1℃，自流井目前最大壓強(qiáng)為0.23 kg/cm2。

氣相色譜分析是基于被測(cè)組分在兩相之間的分配，這兩相中一個(gè)是表面積很大的固定相；另一個(gè)是載送被測(cè)組分前進(jìn)的流動(dòng)相氣體，由于樣品中不同物質(zhì)在兩相中具有不同分配系數(shù)，當(dāng)兩相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些物質(zhì)隨流動(dòng)相運(yùn)動(dòng)，并在兩相中進(jìn)行反復(fù)多次的分配，使那些分配系數(shù)只有微小差異的物質(zhì)，在移動(dòng)速度上產(chǎn)生了很大的差別，從而達(dá)到相互分離，然后再定性和定量。氣相色譜儀就是實(shí)現(xiàn)此分析過(guò)程的裝置。

2 異常核實(shí)

2.1 氣路系統(tǒng)及進(jìn)樣系統(tǒng)檢測(cè)

進(jìn)行氣密性檢查，檢查載氣流路。打開(kāi)色譜柱箱，把色譜柱從檢測(cè)器上拆下，將柱口堵死，然后開(kāi)啟載氣，調(diào)節(jié)鋼瓶輸出壓力為0.4 mPa，打開(kāi)主機(jī)面板上的載氣旋鈕，調(diào)節(jié)至0.3 mPa以上，待穩(wěn)定數(shù)分鐘后關(guān)閉載氣旋鈕，通過(guò)測(cè)試，0.5 h內(nèi)其柱前壓指示值不超0.01 mPa，表示氣路暢通良好。

2.2 檢測(cè)器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)檢查

此系統(tǒng)用于采集并處理檢測(cè)器輸出的信號(hào)，記錄成色譜圖，通過(guò)系統(tǒng)歸一化方法計(jì)算給出最終的定性和定量結(jié)果。檢測(cè)器和數(shù)據(jù)處理軟件由廠家提供，出現(xiàn)異常后通過(guò)重裝系統(tǒng)，保持一致，無(wú)問(wèn)題。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)樣檢測(cè)，溶解氫檢測(cè)誤差小于10%，符合儀器測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明儀器檢測(cè)器正常，數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。

2.3 色譜柱維護(hù)

由于SP3400氣相色譜儀已工作半年以上，峰分離效果不是很明顯，2014年1月24日、25日按照要求對(duì)分子篩進(jìn)行活化，初次活化效果不是很理想，氦氣和氫氣峰分離不明顯，導(dǎo)致H2值異常升高，隨后聯(lián)系廠家技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)排除異常（如圖1）。

2014年1月26日—2014年2月18日，氫氣高值，氫氣出峰異常，故測(cè)量時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)識(shí)別錯(cuò)誤，與儀器廠家聯(lián)系后系統(tǒng)錯(cuò)誤得到更正，后氫氣數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

2014年4月14日，按照要求更換新色譜柱。更換色譜后，各氣體組份峰分離明顯，特別是氦和氫，由此判定，更換色譜柱前氫氣高值異常可信度較差，色譜柱效果差可能是主因。

2.4 廬江臺(tái)痕量氫對(duì)比觀測(cè)

從圖2可以看出，廬江臺(tái)衡量氫數(shù)據(jù)基本變化正常，數(shù)據(jù)有大量突跳現(xiàn)象，在4月初至5月上旬有密集突跳現(xiàn)象，6月份之后，廬江臺(tái)痕量氫數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)平穩(wěn)。

2.5 觀測(cè)環(huán)境核實(shí)

通過(guò)排查，廬江臺(tái)湯池1號(hào)井出水正常，水溫、水位均在正常范圍內(nèi)波動(dòng)，周邊環(huán)境正常，其它井泉抽水受我臺(tái)監(jiān)控，觀測(cè)環(huán)境正常。

3 廬江臺(tái)氫氣異常核實(shí)結(jié)論

氫氣測(cè)項(xiàng)觀測(cè)時(shí)間較短，新儀器屬背景場(chǎng)新項(xiàng)目，其日常運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)較少，對(duì)于儀器的運(yùn)維特別是分子篩活化存在不足。數(shù)據(jù)異常期間，觀測(cè)儀器進(jìn)行過(guò)分子篩的活化過(guò)程，后期也更換了活化柱，儀器自身因素的影響比較大，以后需加強(qiáng)儀器日常運(yùn)維，嚴(yán)格按照操作流程進(jìn)行日常觀測(cè)，最大限度減少認(rèn)為操作對(duì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生對(duì)影響。

通過(guò)對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)的核實(shí)及廬江臺(tái)痕量氫對(duì)比觀測(cè)，2014年5月上旬部分?jǐn)?shù)據(jù)確存在高值，說(shuō)明來(lái)自地下深部的氫氣濃度增大，因此不能完全排除該區(qū)域可能存在一定的構(gòu)造活動(dòng)。

參考文獻(xiàn)

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