山西定襄地震臺(tái)FH-463A與BHC-336定標(biāo)器測(cè)氡儀系統(tǒng)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

劉俊芳 范雪芳 郭寶仁 劉金柱 郭 宇 高文玉

1）中國(guó)太原 030021 山西省地震局

2）中國(guó)山西 034200 忻州地震監(jiān)測(cè)中心站

0 引言

氡是一種天然存在的放射性氣體，在地質(zhì)斷裂帶處及隱伏斷層，會(huì)有大量斷層氡氣析出。氡溶解于水，在地下水中分布、遷移和擴(kuò)散，具有較強(qiáng)的映震能力（邵永新等，2012；康健等，2019），如：張立等（2016）利用龍陵邦臘掌溫泉水氡進(jìn)行映震分析，發(fā)現(xiàn)水氡對(duì)附近地震活動(dòng)反應(yīng)靈敏，結(jié)合震例分析，認(rèn)為水氡含量變化可以對(duì)周邊100 km 范圍內(nèi)MS≥5.0 地震做出短期尺度預(yù)測(cè)，長(zhǎng)時(shí)間低值異常指示300 km 范圍內(nèi)有發(fā)生MS≥6.0 地震的危險(xiǎn)；劉軼男等（2021）對(duì)松原地區(qū)2000 年以來(lái)5 級(jí)以上中強(qiáng)地震，利用Molchan 方法進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)吉林豐滿水氡多次出現(xiàn)明顯的震前異常，地震報(bào)準(zhǔn)率高達(dá)92%。

我國(guó)開(kāi)展水氡模擬觀測(cè)已50 多年，正逐步向數(shù)字化、智能化發(fā)展（王軍燕等，2018）。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用有源水氡人工和數(shù)字化測(cè)量?jī)x器研究水氡含量，并進(jìn)行數(shù)值分析（Miroslaw，2013；Bhupender，2019）。定標(biāo)器是一種常用的核輻射測(cè)量?jī)x器，用于記錄一定時(shí)間間隔內(nèi)輸入脈沖數(shù)目（王磊等，2010），與FD-125 型氡釷分析器組成一套水氡觀測(cè)儀器（姚玉霞等，2014）。2014 年山西定襄七巖泉測(cè)點(diǎn)新增一套定標(biāo)器為BHC-336 的水氡觀測(cè)儀器進(jìn)行水氡觀測(cè)，2019 年，通過(guò)與FH-463A 定標(biāo)器運(yùn)行參數(shù)設(shè)定和水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比試驗(yàn)，從儀器性能、觀測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)一致性，分析2 套測(cè)氡儀觀測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。目前，相關(guān)學(xué)者對(duì)觀測(cè)技術(shù)規(guī)范中定標(biāo)器閾值選擇2.0 V 提出質(zhì)疑（中國(guó)地震局，2014；樊春燕等，2017），文中將山西定襄地震臺(tái)BHC-336 定標(biāo)器閾值設(shè)定為0.5 —2.0 V，進(jìn)行測(cè)氡儀性能檢查和水氡數(shù)據(jù)分析，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析法，判斷2 套測(cè)氡儀觀測(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)在質(zhì)量?jī)?yōu)劣，選定FD-125 型氡釷分析器最佳工作閾值，為定標(biāo)器選型和FD-125 測(cè)氡儀最佳工作狀態(tài)的選擇提供參考，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提高水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的目的。

1 定標(biāo)器閾值設(shè)定

FH-463A 定標(biāo)器是一種規(guī)模集成電路的計(jì)數(shù)裝置，內(nèi)設(shè)電源抗干擾電路、單道分析器，具有定時(shí)范圍寬、定時(shí)時(shí)間準(zhǔn)確的特點(diǎn)，在定襄臺(tái)日常觀測(cè)中運(yùn)行穩(wěn)定，故障率較少。BHC-336 智能定標(biāo)器是一種含有單道分析器、定標(biāo)器和ARM9 嵌入式系統(tǒng)的裝置，利用單片機(jī)進(jìn)行計(jì)數(shù)和數(shù)據(jù)處理，其分辨時(shí)間、計(jì)數(shù)速率、計(jì)數(shù)容量、定時(shí)時(shí)間等計(jì)數(shù)性能指標(biāo)高于一般定標(biāo)器，內(nèi)置低壓電源及負(fù)高壓電源，為常規(guī)使用的各類探頭提供高低壓電源。在定襄臺(tái)實(shí)際運(yùn)行中，該定標(biāo)器2 次因內(nèi)存超標(biāo)死機(jī)并返廠維修。

范雪芳等（2011）、陳永花等（2014）、柯璟等（2015）、劉煒等（2016）、蘇鶴軍等（2016）就水氡觀測(cè)和儀器運(yùn)行開(kāi)展了大量研究，發(fā)現(xiàn)儀器性能及工作狀態(tài)直接影響水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。為檢驗(yàn)定標(biāo)器閾值設(shè)定對(duì)測(cè)氡儀性能的影響，對(duì)2 套水氡觀測(cè)儀（FD-125 型氡釷分析器+自動(dòng)定標(biāo)器，下文簡(jiǎn)稱測(cè)氡儀）就定標(biāo)器閾值和高壓等運(yùn)行參數(shù)選擇開(kāi)展對(duì)比試驗(yàn)。BHC-336 定標(biāo)器閾值范圍設(shè)定為0.5—2.0 V，繪制不同閾值的工作高壓—計(jì)數(shù)率坪曲線和高壓—本底計(jì)數(shù)率坪曲線，結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1 可知，BHC-336 定標(biāo)器閾值選擇0.5 V，其坪曲線具有短、斜的特點(diǎn)，閾值選擇2.0 V，其有用信號(hào)計(jì)數(shù)率低，隨著高壓增大，低于閾值的信號(hào)加入計(jì)數(shù)，坪曲線表現(xiàn)為短、斜的特點(diǎn)；閾值選擇0.7 V，其工作高壓—計(jì)數(shù)率坪曲線更平穩(wěn)，表明在較高工作高壓時(shí)，噪聲信號(hào)幅度低于閾值信號(hào)，則在0.7 V 閾值下，測(cè)氡儀可記錄到更多真實(shí)信號(hào)。按觀測(cè)技術(shù)規(guī)范（中國(guó)地震局，1995），將FH-463A 定標(biāo)器閾值設(shè)定為2.0 V，對(duì)比分析2 套測(cè)氡儀的性能（圖2）。

圖1 山西定襄BHC-336 定標(biāo)器不同閾值的性能曲線(a) 0.5—2.0 V 閾值的工作高壓—計(jì)數(shù)率坪曲線(b)0.5—2.0 V 閾值的高壓—本底計(jì)數(shù)率坪曲線Fig.1 The performance curves with different thresholds of BHC-336 calibrator in Dingxiang,Shanxi Province

圖2 山西定襄FH-463A 和BHC-336 定標(biāo)器性能曲線(a) FH-463A 定標(biāo)器α 源—計(jì)數(shù)率曲線；(b)FH-463A 工作高壓—計(jì)數(shù)率坪曲線；(c)FH-463A 高壓—本底計(jì)數(shù)率坪曲線；(d)BHC-336 定標(biāo)器α 源—計(jì)數(shù)率曲線；(e)BHC-336 工作高壓—計(jì)數(shù)率坪曲線；(f)BHC-336 高壓—本底計(jì)數(shù)率坪曲線Fig.2 The performance curves of the FH-463A and BHC-336 calibrators in Dingxiang,Shanxi Province

FH-463A 定標(biāo)器需要手動(dòng)調(diào)節(jié)高壓，一般設(shè)置負(fù)高壓絕對(duì)值以40 V 遞增。BHC-336定標(biāo)器檢查過(guò)程智能化，電壓自動(dòng)以10 V 遞增。由圖2 可知，F(xiàn)H-463A 定標(biāo)器工作高壓—計(jì)數(shù)率坪曲線、高壓—本底計(jì)數(shù)率坪曲線平滑，工作高壓易受系統(tǒng)誤差干擾；而B(niǎo)HC-336 定標(biāo)器檢查曲線平穩(wěn)，工作高壓選擇精度較高。設(shè)定BHC-336 定標(biāo)器0.7 V 閾值作為定標(biāo)器的工作點(diǎn)，進(jìn)行儀器檢查試驗(yàn)（圖3），分析其性能曲線，并比較BHC-336 定標(biāo)器不同閾值的工作高壓—計(jì)數(shù)率坪曲線特點(diǎn)。

圖3 山西定襄BHC-336 定標(biāo)器性能曲線(a)0.7 V 閾值的α 源—計(jì)數(shù)率曲線；(b)0.7 V 閾值的工作高壓—計(jì)數(shù)率坪曲線；(c)0.7 V 閾值的高壓—本底計(jì)數(shù)率坪曲線；(d)2.0 V 閾值的工作高壓—計(jì)數(shù)率坪曲線；(e)0.5 V 閾值的工作高壓—計(jì)數(shù)率坪曲線Fig.3 The performance curve of the BHC-336 calibrator in Dingxiang,Shanxi Province

將圖3 與圖2 進(jìn)行對(duì)比，可知：FH-463A 定標(biāo)器工作電壓選擇-600 V，BHC-336 定標(biāo)器工作電壓選擇-760 V，且適用于2.0 V、0.7 V 或0.5 V 等閾值；工作電壓為-760 V，BHC-336 定標(biāo)器以0.7 V 閾值作為工作點(diǎn)，其性能曲線比以2.0 V 閾值作為工作點(diǎn)更合理。綜上可知，BHC-336 定標(biāo)器處理系統(tǒng)更智能，與其配套的測(cè)氡儀性能檢查結(jié)果更精確，能減少該測(cè)氡儀的系統(tǒng)誤差，水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)更真實(shí)。

2 觀測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性

為驗(yàn)證不同定標(biāo)器測(cè)氡儀水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法，從觀測(cè)數(shù)據(jù)單因素方差分析、觀測(cè)數(shù)據(jù)配對(duì)t檢驗(yàn)方面進(jìn)行分析；利用對(duì)比觀測(cè)分析方法，從觀測(cè)數(shù)據(jù)一致性方面進(jìn)行分析，對(duì)比2 個(gè)定標(biāo)器性能并判斷BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)的最佳設(shè)置閾值。

2.1 觀測(cè)數(shù)據(jù)單因素方差分析

單因素方差分析是指自變量只有一個(gè)的方差分析，可通過(guò)計(jì)算F統(tǒng)計(jì)量，分析不同水平下各個(gè)總體的均值是否存在顯著差異，以F檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)推斷。計(jì)算公式如下

式中，VA為因素偏差平方和；Ve為誤差平方和；FA為一個(gè)統(tǒng)計(jì)量，服從自由度為（fAfe）的F分布，其中，fA為因素偏差平方和自由度，fe為誤差平方和自由度。

給定顯著性水平α=0.05，若FA≥F0.05(fAfe)，說(shuō)明因素A 變化的影響大于誤差影響，即該因素變化顯著。使用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS（Statistical Program for Social Sciences）（羅納德，2010），選取相同的水氡樣品，BHC-336 定標(biāo)器閾值分別為2.0 V、0.7 V、1.0 V、0.5 V、0.8 V、0.6 V 時(shí)，其配套測(cè)氡儀水氡主、副樣用0.5—2.0 V 主樣和0.5—2.0 V 副樣依次表示。FH-463A 定標(biāo)器閾值按照學(xué)科規(guī)范，設(shè)置為2.0 V 閾值，其配套測(cè)氡儀水氡主樣用4-4211 表示，副樣用4-4215 表示，對(duì)2 套測(cè)氡儀樣品進(jìn)行F值檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。僅選取其中的主樣進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 不同閾值時(shí)2 套測(cè)氡儀水氡主、副樣單因素方差分析統(tǒng)計(jì)Table 1 Single-factor analysis of variance statistics for the primary and secondary samples of water radon in two sets of radon meters at different thresholds

表2 不同定標(biāo)器測(cè)氡儀水氡主樣單因素方差分析統(tǒng)計(jì)Table 2 Single-factor analysis of variance statistics for the main water radon samples of different calibrators

（1）主、副樣統(tǒng)計(jì)結(jié)果。對(duì)于BHC-336定標(biāo)器測(cè)氡儀檢查結(jié)果，由表1可知：①水氡主、副樣均值差值在0.7 V 閾值時(shí)為0.8186，1.0 V 閾值時(shí)為1.5，0.5 V 閾值時(shí)為1.064，2.0 V閾值時(shí)為1.0，0.8 V 閾值時(shí)為-1.1，0.6 V 閾值時(shí)為0.3，可見(jiàn)均值差值0.6 V、0.7 V 閾值小于其他閾值；②水氡主、副樣標(biāo)準(zhǔn)差平均值在0.7 V 閾值時(shí)為1.442 3，1.0 V 閾值時(shí)為1.540 3，0.5 V 閾值時(shí)為1.7862，2.0 V 閾值時(shí)為3.3128，0.8 V 閾值時(shí)為1.411 1，0.6 V 閾值時(shí)為1.545 2，說(shuō)明0.8 V 閾值、0.7 V 閾值時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差平均值小于其他閾值。綜合上述分析，0.7 V 閾值水氡主樣和副樣的均值差值、標(biāo)準(zhǔn)差平均值均為最小，選擇0.7 V 閾值的水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性較好。

將2 套定標(biāo)器測(cè)氡儀檢查指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，可知：①水氡主、副樣均值差值：FH-463A定標(biāo)器測(cè)氡儀分別為2.0、0.5、0.653 8、0.532、0.0、-0.1，而B(niǎo)HC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀分別為1.0、0.818 6、1.5、1.064、-1.1、0.3；②水氡主、副樣標(biāo)準(zhǔn)差平均值：FH-463A 定標(biāo)器測(cè)氡儀分別為3.170 9、1.076 4、0.830 7、1.615 0、1.011 2、1.045 9，而B(niǎo)HC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀分別為3.312 8、1.442 3、1.540 3、1.786 2、1.411 1、1.545 2。對(duì)比結(jié)果表明，2套測(cè)氡儀水氡主、副樣的標(biāo)準(zhǔn)偏差、均值標(biāo)準(zhǔn)誤差相差不大，測(cè)量精度相當(dāng)，只是FH-463A 定標(biāo)器配套測(cè)氡儀觀測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)誤差更小，精度更高，穩(wěn)定性更好。

（2）主樣統(tǒng)計(jì)結(jié)果。統(tǒng)計(jì)不同定標(biāo)器配套測(cè)氡儀水氡主樣單因素方差分析結(jié)果，見(jiàn)表2，可知：①閾值為0.7 V 時(shí)，BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀水氡主樣F檢驗(yàn)和概率p值分別為1.016、0.507，F(xiàn)H-463A 測(cè)氡儀分別為0.556、0.910；②閾值為1.0 V 時(shí)，BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀水氡主樣F檢驗(yàn)和概率p值分別為1.761、0.152，F(xiàn)H-463A 測(cè)氡儀分別為0.726、0.757；③閾值為0.5 V 時(shí)，BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀水氡主樣F檢驗(yàn)和概率p值分別為2.291、0.219，而閾值為0.8 V 時(shí)則分別為1.527、0.451。

綜上可知，BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀在閾值為0.7 V 時(shí)，水氡主樣F檢驗(yàn)最小，概率p值最大。若顯著性水平α=0.05，概率p值大于顯著性水平，說(shuō)明概率為p的因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果無(wú)影響，不應(yīng)拒絕原假設(shè)，認(rèn)為不同定標(biāo)器測(cè)氡儀測(cè)得的水氡主樣無(wú)顯著差異，滿足方差分析的前提要求。

2.2 觀測(cè)數(shù)據(jù)配對(duì)t 檢驗(yàn)

配對(duì)t檢驗(yàn)利用來(lái)自2 個(gè)總體的配對(duì)樣本，推斷2 個(gè)總體的均值是否存在顯著差異。若差值樣本的總體均值與0 無(wú)顯著差異，則認(rèn)為2 個(gè)總體均值不存在顯著差異（羅納德，2010）。配對(duì)t檢驗(yàn)計(jì)算公式如下

式中，d為兩配對(duì)樣本差值的均值；H0=μ1-μ2為兩均值之差；s為差值標(biāo)準(zhǔn)差；n為樣本數(shù)。假設(shè)H0與兩樣本均值μ1、μ2無(wú)顯著差異，即H0=μ1-μ2=0。給定顯著水平α=0.05，當(dāng)tα＞|t|時(shí)，證明假設(shè)H0成立，2 組序列均值無(wú)顯著性差異。使用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS，對(duì)2 套測(cè)氡儀觀測(cè)的水氡數(shù)據(jù)做配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，需消除二者主樣或副樣之間儀器存在的系統(tǒng)誤差，即將第一個(gè)副樣校正為與第一個(gè)主樣相同的數(shù)值，以第一個(gè)差值作為校正值，其他副樣與此校正值相加，校正后的值用符號(hào)“J”表示（胡玉良等，2016；劉俊芳等，2019）。表3 和表4 給出同一定標(biāo)器測(cè)氡儀水氡主、副樣及其之間的配對(duì)t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

表3 配對(duì)t 檢驗(yàn)成對(duì)樣本統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics of paired samples by paired t-test

表4 同一定標(biāo)器測(cè)氡儀水氡成對(duì)樣本配對(duì)t 檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)Table 4 Paired t-test statistics of water radon paired samples with the same calibrator

（1）2 套測(cè)氡儀同一定標(biāo)器主、副樣的配對(duì)t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)。對(duì)于BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀檢查結(jié)果，由表3 可知：①水氡主、副樣測(cè)值標(biāo)準(zhǔn)差在0.7 V 閾值時(shí)主樣為1.64、副樣為1.24，在2.0 V 閾值時(shí)主樣為3.47、副樣為3.16，在1.0 V 閾值時(shí)主樣為1.53、副樣為1.55，在0.5 V 閾值時(shí)主樣為1.68、副樣為1.89，在0.8 V 閾值時(shí)主樣為1.20、副樣為1.62，在0.6 V 閾值時(shí)主樣為1.58、副樣為1.51，說(shuō)明BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀水氡主、副樣測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)差，在0.7 V 閾值時(shí)比2.0 V 和0.5 V 閾值更小，表明0.7 V 閾值觀測(cè)數(shù)據(jù)更穩(wěn)定；②水氡主、副樣測(cè)值的均值標(biāo)準(zhǔn)誤差在0.7 V 閾值時(shí)主樣為0.25、副樣為0.19，在2.0 V閾值時(shí)主樣為0.45、副樣為0.41，在0.5 V 閾值時(shí)主樣為0.36，副樣為0.38，在1.0 V 閾值時(shí)主樣為0.25、副樣為0.25，在0.8 V 閾值時(shí)主樣為0.38、副樣為0.51，在0.6 V 閾值時(shí)主樣為0.48、副樣為0.46，說(shuō)明在0.7 V 閾值時(shí)，該套測(cè)氡儀水氡主、副樣測(cè)值的均值標(biāo)準(zhǔn)誤差比其他閾值更小，表明0.7 V 閾值觀測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定；③同一定標(biāo)器數(shù)據(jù)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀不同閾值主、副樣與FH-463A 定標(biāo)器測(cè)氡儀2.0 V 閾值水氡主、副樣觀測(cè)數(shù)據(jù)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、均值標(biāo)準(zhǔn)誤差相差不大，但存在系統(tǒng)誤差；④BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀不同閾值的水氡主、副樣測(cè)值相關(guān)系數(shù)分別是在0.7 V 閾值時(shí)為0.285、在2.0 V 閾值時(shí)為0.843、在1.0 V 閾值時(shí)為0.595、在0.5 V 閾值時(shí)為0.488、在0.8 V 閾值時(shí)為0.763、在0.6 V 閾值時(shí)為0.41，相同時(shí)段內(nèi)FH-463A 定標(biāo)器測(cè)氡儀水氡主、副樣測(cè)值相關(guān)系數(shù)分別是0.445、0.935、0.509、0.918、0.178、0.734，說(shuō)明經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)系數(shù)分析，BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀在0.7 V 閾值和FH-463A 定標(biāo)器測(cè)氡儀在2.0 V 閾值觀測(cè)條件下，水氡主樣和副樣之間的成對(duì)樣本相關(guān)程度不高，而B(niǎo)HC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀在2.0 V閾值時(shí)，與FH-463A 定標(biāo)器測(cè)氡儀相關(guān)系數(shù)最大。

（2）同一定標(biāo)器測(cè)氡儀主樣與副樣的配對(duì)t檢驗(yàn)。同一測(cè)項(xiàng)不同觀測(cè)儀器之間存在系統(tǒng)誤差（訾少剛等，2014），由表4 所示相同定標(biāo)器測(cè)氡儀成對(duì)樣本（主、副樣對(duì)比）配對(duì)t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，2 套測(cè)氡儀水氡主、副樣差值不同，儀器系統(tǒng)誤差系主要因素。FH-463A 定標(biāo)器測(cè)氡儀除對(duì)10（對(duì)應(yīng)BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀0.8 V 閾值）外，其對(duì)應(yīng)BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀其他閾值水氡主、副樣差值的均值、標(biāo)準(zhǔn)差、均值標(biāo)準(zhǔn)誤差均較小，說(shuō)明該測(cè)氡儀系統(tǒng)誤差較小。

由表4 可知，2 套測(cè)氡儀樣品中對(duì)2（FH-463A 定標(biāo)器2.0 V 閾值）、對(duì)7（BHC-336定標(biāo)器0.5 V閾值）、對(duì)8（FH-463A定標(biāo)器2.0 V閾值）、對(duì)12（FH-463A定標(biāo)器2.0 V閾值）的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量分別為1.884、0.726、0.658、0.197，概率p值分別為0.065、0.475、0.517、0.847，若顯著性水平α=0.05，而概率p值大于顯著性水平，則不應(yīng)拒絕原假設(shè)，認(rèn)為對(duì)7（即BHC-336 定標(biāo)器0.5 V 閾值）的主樣和副樣2 組序列均值無(wú)顯著差異、對(duì)8（即與BHC-336定標(biāo)器0.5 V 閾值對(duì)應(yīng)的FH-463A 定標(biāo)器2.0 V 閾值）的主樣和副樣2 組序列均值無(wú)顯著差異，對(duì)2（即與BHC-336 定標(biāo)器的2.0 V 閾值對(duì)應(yīng)的FH-463A 定標(biāo)器2.0 V 閾值）的主樣、副樣2 組序列均值無(wú)顯著差異，對(duì)12（即與BHC-336 定標(biāo)器0.6 V 閾值對(duì)應(yīng)的FH-463A定標(biāo)器2.0 V 閾值）的主樣、副樣2 組序列均值無(wú)顯著差異，其他序列滿足檢驗(yàn)條件。

（3）不同定標(biāo)器測(cè)氡儀主樣與副樣的配對(duì)t檢驗(yàn)。表5 所示為不同定標(biāo)器測(cè)氡儀的水氡主樣之間和副樣之間的配對(duì)t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，由表5 可知：①BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀不同閾值與FH-463A 定標(biāo)器測(cè)氡儀2.0 V 閾值，在相同時(shí)間段內(nèi)，計(jì)算水氡主樣差值和副樣差值的標(biāo)準(zhǔn)差、均值標(biāo)準(zhǔn)誤差，在0.7 V、2.0 V、1.0 V、0.5 V 閾值中，BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀各閾值范圍中的水氡最小標(biāo)準(zhǔn)差主樣之差為1.679 3，副樣之差為1.630 2，對(duì)應(yīng)0.7 V閾值；所有調(diào)試閾值中，水氡最小均值標(biāo)準(zhǔn)誤差主樣之差為0.256 1，副樣之差為0.248 6，對(duì)應(yīng)0.7 V 閾值。表明BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀0.7 V 閾值較其他閾值觀測(cè)數(shù)據(jù)更穩(wěn)定；②2 套不同定標(biāo)器測(cè)氡儀的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，不同閾值主樣、副樣水氡測(cè)值之差的均值存在差異。主樣、副樣各差值的均值、標(biāo)準(zhǔn)差及均值標(biāo)準(zhǔn)誤差相差不大，說(shuō)明2 套測(cè)氡儀性能具有一致性，但各自有系統(tǒng)誤差。

表5 不同定標(biāo)器測(cè)氡儀水氡成對(duì)樣本配對(duì)t 檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)Table 5 Paired t-test statistics of water radon paired samples with different calibrators

不同定標(biāo)器測(cè)氡儀的水氡主、副樣數(shù)據(jù)配對(duì)樣本t檢驗(yàn)中，對(duì)1（即BHC-336 定標(biāo)器2.0 V 閾值的主樣與FH-463A 定標(biāo)器2.0 V 閾值的主樣）、對(duì)4（即BHC-336 定標(biāo)器0.7 V閾值的副樣與其對(duì)應(yīng)FH-463A 定標(biāo)器2.0 V 閾值的副樣）、對(duì)7（即BHC-336 定標(biāo)器0.5 V閾值的主樣與其對(duì)應(yīng)FH-463A 定標(biāo)器2.0 V 閾值的主樣）的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量分別為0.48、0.72、0.227，概率p值分別為0.633、0.475、0.822。若顯著性水平α=0.05，而概率p值大于顯著性水平，則不應(yīng)拒絕原假設(shè)，認(rèn)為對(duì)1、對(duì)4、對(duì)7 其不同定標(biāo)器測(cè)氡儀主樣或副樣的2組序列均值無(wú)顯著差異，其他序列滿足檢驗(yàn)條件。

3 數(shù)據(jù)一致性

定襄七巖泉模擬水氡2019 年5 月—9 月使用FH-463A 和BHC-336 定標(biāo)器配套的2 套測(cè)氡儀進(jìn)行同步對(duì)比觀測(cè)。其中BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀選擇0.5 V、0.6 V、0.7 V、0.8 V 和1.0 V 閾值時(shí)觀測(cè)的水氡數(shù)據(jù)，F(xiàn)H-463A 定標(biāo)器測(cè)氡儀選擇2.0 V 閾值時(shí)觀測(cè)的水氡數(shù)據(jù)，二者對(duì)比曲線見(jiàn)圖5。

圖5 山西定襄FH-463A 和BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀水氡日值對(duì)比觀測(cè)Fig.5 Comparison of daily observation of water radon with new and old radon measuring instruments in Dingxiang,Shanxi Province

2 套測(cè)氡儀有各自的系統(tǒng)誤差，對(duì)比觀測(cè)期間無(wú)故障，定員定點(diǎn)定時(shí)觀測(cè)，無(wú)人為干擾。比測(cè)期間，BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀水氡測(cè)值在23.6—38.2 Bq/L 之間，F(xiàn)H-463A 定標(biāo)器測(cè)氡儀水氡測(cè)值在24.4—38.2 Bq/L 之間。BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀2019 年7 月26日前選擇0.7 V 和1.0 V 閾值進(jìn)行水氡觀測(cè)，利用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS，計(jì)算2 套儀器的水氡測(cè)值相關(guān)系數(shù)，其中：BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀閾值0.7 V 與FH-463A 定標(biāo)器測(cè)氡儀閾值2.0 V 時(shí)，水氡主樣、副樣相關(guān)系數(shù)分別為0.252、0.103；BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀閾值1.0 V與FH-463A 定標(biāo)器測(cè)氡儀閾值2.0 V 時(shí)，水氡主樣、副樣相關(guān)系數(shù)分別為0.036、0.155。說(shuō)明0.7 V閾值比1.0 V閾值水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)程度密切。7月27 日開(kāi)始，依次選擇0.5 V、0.8 V 和0.6 V 閾值觀測(cè)，從8 月中旬開(kāi)始，對(duì)比觀測(cè)曲線出現(xiàn)差異，此時(shí)BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀在0.5 V 閾值進(jìn)行水氡觀測(cè)。8 月25 日開(kāi)始在0.8 V 閾值調(diào)試觀測(cè)，9 月3 日開(kāi)始在0.6 V 閾值調(diào)試觀測(cè)。觀測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀選擇0.5 V、0.8 V 和0.6 V 閾值水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)期間，2 套儀器的數(shù)據(jù)一致性差異較大。綜上可知，0.7 V 閾值的水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性比0.5 V、0.6 V、0.8 V 和1.0 V 閾值高。BHC-336 定標(biāo)器使用0.7 V閾值與FH-463A 定標(biāo)器使用2.0 V 閾值，水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)的同步性和穩(wěn)定性較好。在定標(biāo)器閾值選擇、水氡觀測(cè)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，選擇調(diào)試的閾值越小，儀器觀測(cè)數(shù)據(jù)越不穩(wěn)定，且水氡測(cè)值偏大，說(shuō)明BHC-336 定標(biāo)器在閾值小于0.7 V 的范圍，水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，且難以得到真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)。

4 結(jié)果與討論

在水文地球化學(xué)觀測(cè)技術(shù)規(guī)范中，F(xiàn)D-125 測(cè)氡儀閾值選定為2.0 V，中國(guó)地震局流體學(xué)科組2014 年修訂的學(xué)科規(guī)范中，對(duì)新采購(gòu)的測(cè)氡儀定標(biāo)器進(jìn)行閾值實(shí)驗(yàn)選擇，一般選擇范圍在0.7—1.3 V。對(duì)山西定襄地震臺(tái)FH-463A 定標(biāo)器與BHC-336 定標(biāo)器配套的2套FD-125 測(cè)氡儀系統(tǒng)，開(kāi)展定標(biāo)器閾值設(shè)定對(duì)比試驗(yàn)和水氡測(cè)值同步對(duì)比觀測(cè)及分析，結(jié)果表明，BHC-336 定標(biāo)器選擇0.7 V 閾值時(shí)，觀測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性更佳。綜上所述，可得到以下結(jié)論。

通過(guò)定標(biāo)器閾值設(shè)定對(duì)比曲線，認(rèn)為FH-463A 定標(biāo)器工作電壓宜選擇-600 V、BHC-336 定標(biāo)器工作電壓宜選擇-760 V，且適用于2.0 V、0.7 V 或0.5 V 等閾值。工作電壓選擇-760 V，BHC-336 定標(biāo)器以0.7 V 閾值作為工作點(diǎn)的性能曲線，比以2.0 V 閾值作為工作點(diǎn)的性能曲線更合理。BHC-336 定標(biāo)器處理系統(tǒng)更智能，與其配套的測(cè)氡儀性能檢查結(jié)果更精確，能減少該測(cè)氡儀系統(tǒng)誤差，水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)更真實(shí)。閾值選擇0.7 V 的工作高壓—計(jì)數(shù)率坪曲線更平穩(wěn)，在0.7 V 閾值下，測(cè)氡儀可記錄到更多真實(shí)信號(hào)。

（2）通過(guò)單因素方差分析，認(rèn)為BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀在閾值0.7 V 時(shí)，水氡主樣和副樣的均值差值、標(biāo)準(zhǔn)差平均值均為最小，可見(jiàn)選擇0.7 V 閾值的水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好。2 套測(cè)氡儀水氡主、副樣的標(biāo)準(zhǔn)偏差、均值標(biāo)準(zhǔn)誤差相差不大，測(cè)量精度相當(dāng)，只是FH-463A 定標(biāo)器配套測(cè)氡儀觀測(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)誤差更小，精度更高，穩(wěn)定性更好。

（3）通過(guò)配對(duì)t檢驗(yàn)分析，認(rèn)為BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀水氡主、副樣測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)差在0.7 V 閾值時(shí)比2.0 V 和0.5 V 閾值更小，其均值標(biāo)準(zhǔn)誤差在0.7 V 閾值時(shí)更小，說(shuō)明BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀在閾值0.7 V 時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)更穩(wěn)定。對(duì)同一定標(biāo)器數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，認(rèn)為FH-463A 定標(biāo)器測(cè)氡儀系統(tǒng)誤差較小。經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)系數(shù)分析，認(rèn)為BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀在0.7 V 閾值、FH-463A 定標(biāo)器測(cè)氡儀在2.0 V 閾值時(shí)，二者觀測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)程度不高，若2 套測(cè)氡儀系統(tǒng)均在2.0 V 閾值，其相關(guān)系數(shù)最大。不同定標(biāo)器數(shù)據(jù)對(duì)比，認(rèn)為BHC-336定標(biāo)器測(cè)氡儀觀測(cè)數(shù)據(jù)在0.7 V閾值時(shí)較其他閾值更穩(wěn)定。同一和不同定標(biāo)器數(shù)據(jù)對(duì)比，均認(rèn)為2 套測(cè)氡儀性能具有一致性，但各自有系統(tǒng)誤差。

（4）通過(guò)水氡數(shù)據(jù)對(duì)比曲線分析，認(rèn)為BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)在0.7 V閾值時(shí)比0.5 V、0.6 V、0.8 V 和1.0 V 閾值時(shí)穩(wěn)定，在閾值小于0.7 V 范圍內(nèi)，水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，且難以得到真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)。BHC-336 定標(biāo)器測(cè)氡儀選定0.7 V 閾值與FH-463A 定標(biāo)器測(cè)氡儀選定2.0 V 閾值，水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)的同步性和穩(wěn)定性較好。

（5）2014 年修訂的學(xué)科規(guī)范確定，BHC-336 定標(biāo)器選擇0.7 V 閾值可以獲取穩(wěn)定的觀測(cè)數(shù)據(jù)。按照學(xué)科規(guī)范，應(yīng)對(duì)不同測(cè)氡儀的工作閾值和高壓選擇進(jìn)行測(cè)試。因此，應(yīng)密切關(guān)注目前新型自動(dòng)測(cè)氡儀工作閾值及高壓，選擇最佳工作狀態(tài)，產(chǎn)出穩(wěn)定可靠的水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)，更好地服務(wù)于地震分析預(yù)報(bào)。