寶雞地區(qū)氣氡與模擬水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

楊耀龍 徐婉君 姬東姣 趙杰

摘 要：【目的】研究水氡與氣氡測(cè)項(xiàng)之間關(guān)聯(lián)性及異同?！痉椒ā恳詫氹u上王流體臺(tái)與隴縣流體臺(tái)2015—2020年水氡與氣氡連續(xù)觀測(cè)資料為研究對(duì)象，分析同臺(tái)站不同測(cè)項(xiàng)、同測(cè)項(xiàng)不同臺(tái)站正常數(shù)據(jù)資料及異常曲線對(duì)比?！窘Y(jié)果】結(jié)果表明，溶解水氡與氣氡無(wú)明顯的關(guān)系。在中強(qiáng)震前，臺(tái)站地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)明顯前兆異?，F(xiàn)象。水氡受人為影響較大，而氣氡受集氣脫氣裝置管路堵塞影響較大。上王流體臺(tái)與隴縣流體臺(tái)溶解水氡年變化趨勢(shì)上都是典型的夏高冬低形態(tài)。而上王BG2015R型氣氡儀記錄到的氣氡年變形態(tài)則表現(xiàn)為夏低冬高形態(tài)，隴縣SD-3A氣氡儀記錄到的氣氡年變形態(tài)不是很明顯?！窘Y(jié)論】目前還無(wú)法用一個(gè)有效的物理量建立溶解水氡與氣氡之間的關(guān)系，溶解水氡與氣氡無(wú)明顯的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：氣氡；觀測(cè)數(shù)據(jù)；溶解水氡；對(duì)比分析

中圖分類號(hào)：P315.7? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ?文章編號(hào)：1003-5168（2024）03-0102-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.03.021

Observation Data of Gas Radon and Simulated Water Radon in Baoji Area

YANG Yaolong1 XU Wanjun2 JI Dongjiao1 ZHAO Jie1

（1.Baoji Central Seismological Station，Shaanxi Eaethquake Administration，Baoji 721000，China;2.Kaifeng Earthquake Prevention， Disaster Reduction and Relief Center， Kaifeng 475000，China）

Abstract： [Purposes] This paper aims to study the correlation， similarities and differences between water radon and gas radon measurements. [Methods] Taking the continuous observation data of water and gas radon from Baoji Shangwang Fluid Station and Longxian Fluid Station from 2015 to 2020 as the research object， this study analyzes the comparison between normal data and abnormal curves of different observation items in the same station and the same observation items stations in different stations. [Findings] The results show that here is no obvious relationship between dissolved water radon and gas radon.Before moderate to strong earthquakes， there were no obvious precursor anomalies in the seismic monitoring data of the station. Water radon is greatly affected by human activities， while gas radon is greatly affected by pipeline blockage in gas gathering and degassing devices. The annual variation trend of dissolved water radon in the Shangwang and Longxian fluid stations is typical of high in summer and low in winter. The annual deformation of gas radon recorded by the Shangwang BG2015R gas radon instrument shows a low summer and high winter shape， while the annual deformation of gas radon recorded by the Longxian SD-3A gas radon instrument is not very obvious. [Conclusions] At present， it is not possible to establish a relationship between dissolved water radon and gas radon using an effective physical quantity， and there is no obvious relationship between dissolved water radon and gas radon.

Keywords： gas radon; observation data; radon in dissolved water; comparative analysis

0 引言

地震是指地殼中巖石突然破裂，短時(shí)間內(nèi)釋放巨大能量的自然現(xiàn)象。在實(shí)際地震監(jiān)測(cè)中，儀器不僅會(huì)記錄到地震信息，也會(huì)記錄到背景噪聲。如何及時(shí)有效區(qū)分地震前兆異常和非地震異常，是臺(tái)站觀測(cè)資料分析的重要內(nèi)容。曹董軍等［1］利用海東地區(qū)的流體觀測(cè)資料分析了強(qiáng)震前的異常特征，研究表明，青海東部地區(qū)的流體在地震前趨勢(shì)性異常不顯著，短期異常特征較為明顯。研究認(rèn)為，在地震孕育的中短期階段，震源區(qū)及外圍敏感區(qū)地殼巖石在區(qū)域應(yīng)力作用下，會(huì)使含水巖體產(chǎn)生彈性形變，改變含水（氣）層，因而產(chǎn)生了地下流體緩升或緩降型趨勢(shì)的異常。

地下流體動(dòng)態(tài)分為正常動(dòng)態(tài)和異常動(dòng)態(tài)，地下水氡濃度快速變化時(shí)，出現(xiàn)的異常動(dòng)態(tài)與地震前地下巖石突然破裂有關(guān)。一段時(shí)間以來(lái)，全球氡觀測(cè)都以地下水溶解氡濃度觀測(cè)為主，由于水的溶解度有限，該觀測(cè)手段不能有效地測(cè)量地下深處氡濃度變化。而采用水氡和氣氡同時(shí)進(jìn)行觀測(cè)，能夠彌補(bǔ)水氡受人為因素影響大，以及氣氡因集氣脫氣裝置影響觀測(cè)結(jié)果等不足，有可能更好地捕捉到地震前兆異常。寶雞上王流體臺(tái)和隴縣流體臺(tái)是少有的同時(shí)具備觀測(cè)溶解水氡和逸出氣氡的臺(tái)站。上述臺(tái)站架設(shè)有FD-125氡釷分析儀和SD-3A數(shù)字化測(cè)氡儀或新型BG2015R測(cè)氡儀，在對(duì)地球物理資料進(jìn)行分析研究時(shí)，通過(guò)同臺(tái)站不同測(cè)項(xiàng)，相鄰臺(tái)站同測(cè)項(xiàng)，出現(xiàn)短臨異常時(shí)相鄰臺(tái)站同測(cè)項(xiàng)觀測(cè)曲線對(duì)比等方式，提高了對(duì)氡正常動(dòng)態(tài)規(guī)律的認(rèn)識(shí)和短臨異常的捕捉。

數(shù)字化觀測(cè)技術(shù)的誕生增加了更多捕捉地震異常的可能。新型BG2015R儀器觀測(cè)精度較高，受人為因素影響小，但該儀器在每年6月標(biāo)定校準(zhǔn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生臺(tái)階，由于集氣脫氣管路堵塞影響較大，無(wú)人臺(tái)站地處偏遠(yuǎn)，周圍植被覆蓋率高，昆蟲尸體、樹葉等形成的絮狀物經(jīng)常會(huì)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生巨大干擾，目前還無(wú)法找到一種可靠的辦法消除這一干擾，這也增加了值班人員對(duì)地震異常與非震異常的判定難度。格爾木井?dāng)?shù)字化氣氡與模擬水氡觀測(cè)的變化趨勢(shì)、均值變化有一定的一致性，脫氣裝置是實(shí)現(xiàn)氡數(shù)字化觀測(cè)的重要基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，對(duì)于獲取真實(shí)可靠的觀測(cè)結(jié)果具有重要作用［2］。

在某一測(cè)點(diǎn)，從溶解性的角度看，水溫影響要大于氣壓影響，水溫越低，氣氡數(shù)值越小，水溫高，氣氡數(shù)值越大。氣氡濃度的大小與體積百分比濃度有關(guān)，與溫度關(guān)系密切［3］。高守全等［4］的研究表明，氣溫越高，氣氡數(shù)值越高；氣壓越高，氣氡數(shù)值越低。而氣溫、氣壓對(duì)水氡測(cè)值影響不大，但受地表徑流、短時(shí)強(qiáng)降雨影響明顯。王康等［5］利用平?jīng)龅卣鹋_(tái)的氣氡與溶解氡濃度數(shù)值為研究對(duì)象，在氣溫、氣壓上行和下行內(nèi)分別計(jì)算氡濃度與兩者的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果顯示，氣溫和氣壓對(duì)溶解水氡和氣氡濃度的影響明顯，并存在以下特征：在相關(guān)性分析中，溶解氡濃度與氣氡與氣溫呈正相關(guān)，與氣壓呈負(fù)相關(guān)。

1 臺(tái)站概況

寶雞上王流體臺(tái)和隴縣流體臺(tái)同屬于渭河斷陷盆地西端，在區(qū)域構(gòu)造上歸屬隴西旋卷構(gòu)造體系向東南延伸部分，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地震活動(dòng)頻繁，近20年陜西發(fā)生的中小地震50%都集中在該區(qū)，該區(qū)域在1704年發(fā)生過(guò)隴縣6級(jí)地震，而臺(tái)站所處的隴縣—寶雞斷裂帶位于青藏塊體東北緣，屬于鄂爾多斯塊體西南緣弧形斷裂束的最南段［6］。上王咸水渠泉和隴縣珍珠泉都屬于上升泉，觀測(cè)資料連續(xù)可靠，能較靈敏地捕捉六盤山斷裂帶上孕震過(guò)程中地下深部地球化學(xué)場(chǎng)的變化信息。本研究以這兩個(gè)人為干擾小、臺(tái)站周圍背景噪聲小的臺(tái)站為研究對(duì)象，能較靈敏地反映北西構(gòu)造帶上孕震過(guò)程中地下深部地球化學(xué)場(chǎng)的變化信息，對(duì)監(jiān)測(cè)和研究該區(qū)域氡值變化及地震前兆具有重要價(jià)值。

1.1 上王流體臺(tái)

上王流體臺(tái)位于陜西省寶雞市陳倉(cāng)區(qū)縣功鎮(zhèn)趙家河村，地理坐標(biāo)為東經(jīng)106.959°、北緯34.556°，海拔高程為1 050 m，占地面積約為2 670 m2。該臺(tái)位于寶雞市西北方向—陳倉(cāng)區(qū)縣功鎮(zhèn)南關(guān)村（趙家河自然村）。在區(qū)域構(gòu)造上位于鄂爾多斯塊體西南緣與青藏塊體東北緣交會(huì)區(qū)，距離危險(xiǎn)區(qū)南北地震帶約300 km，運(yùn)動(dòng)頻繁的構(gòu)造帶是咸水渠泉發(fā)育形成的主要因素。近20年來(lái)，該區(qū)中小地震活動(dòng)頻繁。10 km范圍內(nèi)無(wú)100萬(wàn)m3以上的水庫(kù)，周圍無(wú)場(chǎng)地環(huán)境干擾，地處偏僻，主要受雨季洪水影響。

1.2 隴縣流體臺(tái)

隴縣流體臺(tái)位于陜西省寶雞市隴縣柴家洼村。地質(zhì)構(gòu)造處在岐山馬召斷裂帶上，隴西系旋卷構(gòu)造通過(guò)該地區(qū)，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，地震活動(dòng)頻繁。隴縣流體臺(tái)在區(qū)域構(gòu)造上屬隴西旋卷構(gòu)造體系向東南延伸部分，主要斷裂有NNW向固關(guān)—虢鎮(zhèn)斷裂、NWW向岐山—馬召斷裂、NNW向桃園—龜川寺斷裂。近20年陜西發(fā)生的中小地震50%都集中在該區(qū)。該站臺(tái)珍珠泉位于豐收水庫(kù)西北向，是天然出露的溫泉，水溫常年保持17 ℃以上。該地溫泉以群泉方式出露，出水量大，是豐收水庫(kù)主要補(bǔ)給源和隴縣自來(lái)水公司的供水水源。臺(tái)基出露為震旦系白云母灰質(zhì)巖，泉北側(cè)地形陡峭，泉水出露于NNE向沖溝北側(cè)，屬風(fēng)化裂隙上升泉。該臺(tái)泉點(diǎn)周圍噪聲背景小，人為干擾因素少，水源條件好，觀測(cè)資料連續(xù)可靠。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 同一臺(tái)站不同測(cè)項(xiàng)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

水氡觀測(cè)的對(duì)象是地下水中自由逸出氡氣與經(jīng)人工脫氣產(chǎn)出的水中全部溶解氡氣量，而數(shù)字化氣氡觀測(cè)的對(duì)象是地下水中自由逸出氡氣量［7］。

上王與隴縣流體臺(tái)測(cè)氡儀和FD-125氡釷分析儀篩選完有效數(shù)據(jù)后，日值動(dòng)態(tài)曲線對(duì)比如圖1至4圖所示。比較后可以發(fā)現(xiàn)，兩套儀器記錄的曲線都有清晰的年變形態(tài)，F(xiàn)D-125氡釷分析儀測(cè)得的溶解氡濃度曲線形態(tài)表現(xiàn)為夏高冬低形態(tài)，而BG2015R測(cè)氡儀由于每年6月標(biāo)定會(huì)產(chǎn)生巨大臺(tái)階，造成數(shù)據(jù)階躍，年變形態(tài)呈現(xiàn)出夏低冬高形態(tài)，年變形態(tài)清晰。SD-3A測(cè)氡儀年變形態(tài)不太明顯，可能與SD-3A測(cè)氡儀年久老化有關(guān)。結(jié)合2015—2020年度觀測(cè)數(shù)據(jù)資料分析來(lái)看，氣氡與溶解氡濃度并沒有相關(guān)性，目前也沒有量化的指標(biāo)可以證明氣氡與溶解氡濃度有何關(guān)系。研究者會(huì)在后續(xù)觀測(cè)中進(jìn)一步尋找氣氡與溶解水氡之間的聯(lián)系。

2.2 不同臺(tái)站同一測(cè)項(xiàng)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

提取上王流體臺(tái)與隴縣流體臺(tái)2017年6月18日至2018年6月4日氣氡數(shù)據(jù)，繪制氣氡日值圖（圖5至圖6）后發(fā)現(xiàn)，在數(shù)據(jù)正常時(shí)，上王流體臺(tái)BG2015R測(cè)氡儀年變清晰，呈典型的夏低冬高曲線形態(tài)，年變幅約40 Bq/L。隴縣SD-3A氣氡儀由于儀器老化，觀測(cè)效能降低，沒有清晰的年變曲線形態(tài)，觀測(cè)結(jié)果可信度沒有BG2015R的高，但兩臺(tái)儀器連續(xù)性較好，能夠提供穩(wěn)定可靠的地震觀測(cè)資料。

2.3 異常曲線對(duì)比

2020年10月29日18時(shí)至11月1日11時(shí)，寶雞隴縣流體臺(tái)SD-3A自動(dòng)測(cè)氡儀連續(xù)3日出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間逸出氡濃度測(cè)值低于正常值現(xiàn)象。對(duì)比相鄰臺(tái)站上王氣氡并未有同步效應(yīng)（圖7、圖8）。經(jīng)工作人員仔細(xì)查看，管線密閉無(wú)漏氣現(xiàn)象。隨后，工作人員對(duì)脫氣過(guò)濾裝置進(jìn)行清理疏通后，異常逐漸消失。經(jīng)過(guò)一系列排查排除，認(rèn)定該異常是由觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)氣口端過(guò)濾裝置氣路不暢所引起的。由集氣脫氣裝置引起的曲線階躍變化在日常觀測(cè)中最為常見。

3 結(jié)論與討論

①本研究以寶雞上王流體臺(tái)與隴縣流體臺(tái)2015—2020年水氡與氣氡連續(xù)觀測(cè)資料為研究對(duì)象，通過(guò)分析同臺(tái)站不同測(cè)項(xiàng)、同測(cè)項(xiàng)不同臺(tái)站數(shù)據(jù)資料及異常曲線對(duì)比，結(jié)果表明，目前還無(wú)法用一個(gè)有效的物理量建立溶解水氡與氣氡之間的關(guān)系。

②2015—2020年，寶雞上王流體臺(tái)與隴縣流體臺(tái)在周邊中強(qiáng)震前，無(wú)明顯前兆異常，未出現(xiàn)破年變高值低值異常。這可能與臺(tái)站周邊發(fā)生中強(qiáng)地震事件相對(duì)較少，臺(tái)站所在區(qū)域構(gòu)造環(huán)境有關(guān)，寶雞上王流體臺(tái)和隴縣流體臺(tái)都處于鄂爾多斯穩(wěn)定的地塊內(nèi)，地震事件稀少。

③上王流體臺(tái)與隴縣流體臺(tái)溶解水氡年變化趨勢(shì)上都是典型的夏高冬低形態(tài)。而上王BG2015R型氣氡儀記錄到的氣氡年變形態(tài)則表現(xiàn)為夏低冬高形態(tài)，隴縣SD-3A氣氡儀記錄到的氣氡年變形態(tài)不是很明顯。

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