地下水汞含量異常核實

楊志堅 鄧嘉美

（中國大理671000中國地震局滇西地震預(yù)報實驗場辦公室）

地下水汞含量異常核實

楊志堅 鄧嘉美

（中國大理671000中國地震局滇西地震預(yù)報實驗場辦公室）

通過對下關(guān)溫泉水樣汞含量異常進行調(diào)查、核實與判定，探討異常核實、判定方法及步驟，分析引起地下水汞含量異常變化的干擾因素，對水汞觀測和汞含量異常應(yīng)用于地震預(yù)測研究工作具有參考價值。

地下水；汞含量；異常核實；干擾因素；下關(guān)溫泉

0 引言

汞來自地殼深部，汞含量的變化能夠反映地殼深部信息，處于游離狀態(tài)的汞對溫度、壓力的變化比較敏感。在強大的溫度、壓力梯度作用下，以各種成因形成的汞沿著斷裂破碎帶、構(gòu)造面、斷層面和開啟的巖石空隙、裂隙，從深部向地表遷移。當(dāng)?shù)貧ど畈吭杏卣鸹驍嗔鸦顒拥仁沟貧そ橘|(zhì)的受力狀態(tài)、熱動力條件等發(fā)生變化時，汞在斷裂帶等空隙中的正常遷移狀態(tài)也會發(fā)生變化，處于深部高溫高壓條件下的汞就會向低溫低壓方向擴散遷移。因此，活動斷裂帶或其他有利于汞遷移的部位觀測水汞動態(tài)，可了解構(gòu)造活動、地殼應(yīng)力應(yīng)變、熱動力活動等地殼運動信息，進而捕捉地震前兆異常信息，為地震預(yù)報提供依據(jù)（中國地震局監(jiān)測預(yù)報司，2000）。

對地下水中汞含量異常進行核實，排除干擾因素影響，對防震減災(zāi)、震情監(jiān)視和短臨跟蹤工作具有重要意義。

1 異常事件

下關(guān)溫泉水汞觀測工作至今開展二十余年，正常動態(tài)下背景值為100 ng/L左右，異常指標(biāo)為≥200 ng/L。2009年9月18日至26日，下關(guān)溫泉水汞含量出現(xiàn)一次持續(xù)高值異常，變化幅度大，18日汞含量248.3 ng/L，19日351.1 ng/L，20日232.9 ng/L，21日高達520.5 ng/L，22日344.1 ng/L，23日380.5 ng/L，24日294.2 ng/L，25日410.5 ng/L，26日425.3 ng/L。下關(guān)溫泉2009年水汞日值曲線見圖1，可見9月水汞含量變化大。

2 異常核實

為了及時開展震情短臨跟蹤工作，進一步判定及核實異常，2009年下關(guān)溫泉水汞異常期間及時開展全面、規(guī)范的異常核實、判定工作，排除干擾因素引起異常的可能性，及時上報云南省地震局監(jiān)測預(yù)報處和地震預(yù)報研究中心，為震情判定和地震預(yù)測提供有力證據(jù)。

圖1 2009年下關(guān)溫泉水汞日值曲線Fig.1 Daily value of mercury in the water sample of Xiaguan hot spring in the year 2009

2.1 準(zhǔn)備工作

異常核實準(zhǔn)備工作主要包括：確認異常的基本事實，有關(guān)井區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)、地球化學(xué)背景資料的分析，有關(guān)井區(qū)氣象、水文資料的收集與分析，有關(guān)異常測項的正常動態(tài)的分析，有關(guān)異常測項的以往震例的收集與分析，可能異常原因分析等。

2.1.1 確認異常事實。對觀測過程及記錄、整理、收集、報送等環(huán)節(jié)進行排查，確認異常的可信度和異常的顯著性。

2.1.2 水文地質(zhì)概況。下關(guān)溫泉位于紅河斷裂和西洱河斷裂交匯區(qū)，是歐亞板塊緬甸弧以東，滇緬泰板塊、印支板塊和揚子板塊3大地質(zhì)體匯聚地。在悠久的地質(zhì)構(gòu)造史中，受到多期性復(fù)雜構(gòu)造運動影響，附近及周圍被許多不同類型的次級或小型斷裂包圍。從下關(guān)溫泉出露口附近局部地區(qū)看，該溫泉處于著名紅河斷裂以西次一級斷裂面西洱河斷裂上，斷裂北盤為蒼山變質(zhì)巖系，南盤為中生代碎屑巖。區(qū)內(nèi)主要發(fā)育北西向和東西向斷層，北西向呈壓性，東西向呈張性，從時間上分析，南北向斷層較老，大約在印支期及以前的構(gòu)造運動中形成，同時由剪切力造成北東向斷層，北西向斷層較新，屬燕山期構(gòu)造運動產(chǎn)物，同時或更晚期則有一系列東西向斷層，各期運動重疊改造，錯綜復(fù)雜，區(qū)內(nèi)新構(gòu)造運動明顯，更新世堆積中可見到清楚的褶去和斷裂現(xiàn)象（上官志冠等，1990）。

2.1.3 地球化學(xué)背景。下關(guān)溫泉為斷裂上升泉，地下水通過深循環(huán)沿斷裂線出露地表，西洱河斷裂北盤的蒼山變質(zhì)巖系裂隙發(fā)育，富水性強，為多層混合，通過深循環(huán)水獲得熱能。地下水類型HCO—SO—Na，為基巖裂隙承壓水。含水層為寒武系蒼山變質(zhì)巖，基巖裂隙中溫層壓水。下關(guān)溫泉地球化學(xué)特征見表1。

表1 下關(guān)溫泉地球化學(xué)特征Table 1 The list of geochemical feature about Xiaguan hot spring

2.1.4 水汞動態(tài)特征。從下關(guān)溫泉多年水汞資料看，正常動態(tài)下水汞背景值動態(tài)曲線相對穩(wěn)定，沒有明顯的年變規(guī)律，在一定范圍變化起伏，異常變化為高值異常，幅度大、直觀，易于識別，而且均在地震前幾天或數(shù)十天出現(xiàn)，變化幅度與震中距、震級及地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)。水中汞含量變化異常往往具有趨勢性和群體性，即地震前會出現(xiàn)一個日均值多次突跳的異常過程，處在同一斷裂帶上的觀測臺站在地震前往往出現(xiàn)同步異常，只是變化幅度有差異（楊志堅等，2010）。由此可見，汞在地震預(yù)報中占據(jù)重要地位，尤其在短臨預(yù)報中發(fā)揮了積極作用，成為流體臺站重要的地震前兆觀測手段之一。1995—2014年下關(guān)溫泉水汞日值動態(tài)變化曲線見圖2。

圖2 下關(guān)溫泉水汞日值曲線Fig.2 Daily value of mercury in the water sample of Xiaguan hot spring

2.1.5 以往震例分析。1995年5月6日緬甸6.2級地震前，下關(guān)溫泉2月9日至3月中旬出現(xiàn)多天異常；1995年10月24日武定6.5級地震前，下關(guān)溫泉8月29日—10月3日出現(xiàn)異常，達到或超過異常判定值；1996年2月3日麗江7.0級地震前下關(guān)溫泉在1995年11月22日—1996年1月8日出現(xiàn)5天大幅度脈沖異常（表2）（楊英杰等，2003）。

表2 下關(guān)溫泉水汞異常動態(tài)映震關(guān)系Table2 The relationship between earthquakes and anomaly of mercury

2.2 異常現(xiàn)場調(diào)查

異常現(xiàn)場調(diào)查包括儀器設(shè)備及運行狀況的了解與檢測、儀器維護、管理、使用情況調(diào)查、觀測條件變化調(diào)查、觀測環(huán)境變化調(diào)查以及異常成因或性質(zhì)的進一步分析。

2.2.1 檢查測試儀器工作狀態(tài)。測汞儀器的運行狀態(tài)直接影響觀測資料的可靠性。如測汞儀檢出限、靈敏度、精密度、準(zhǔn)確度、零點漂移等儀器性能指標(biāo)發(fā)生變化均可能影響測汞的可靠性，甚至汞燈和光電倍增管老化、光電倍增管和吸收室的相對位置變化、爐溫波動等都可能影響測汞的可靠性。對上述儀器狀態(tài)和K值重新進行檢查和標(biāo)定（表3），結(jié)果表明測汞儀工作正常，沒有發(fā)生故障。

表3 測汞儀性能指標(biāo)和參數(shù)實測記錄Table3 The performance of the mercury measurement instrument and the record of measured parameter

2.2.2 檢查水汞取樣操作過程。對取樣容器、加入的汞保護試劑以及取樣操作過程進行檢查，發(fā)現(xiàn)錯誤及時予以糾正。一般取樣容器是塑料瓶只能一次性使用，只有磨口玻璃瓶才能重復(fù)使用。

2.2.3 檢查水汞測試操作過程及干擾因素。除了檢查水汞測試過程是否嚴格遵守操作規(guī)范和程序，還要對觀測人員變動、捕汞管、化學(xué)試劑、觀測環(huán)境變化和儀器標(biāo)定K值等引起的干擾因素逐一檢查，如果發(fā)現(xiàn)存在干擾，設(shè)法排除并回復(fù)原觀測條件。

（1）觀測人員變動。采樣、測試人員的變動可能使水汞測值產(chǎn)生誤差。采樣、測試人員的專業(yè)技能越好、操作水平越高，人員變動產(chǎn)生的誤差越小。

（2）捕汞管。捕汞管是否凈化、漏汞、受污染或吸附率低、一致性差等會使觀測結(jié)果出現(xiàn)明顯差異，從而影響觀測數(shù)據(jù)的可靠性。

（3）化學(xué)試劑。不同廠家或同一廠家不同批次生產(chǎn)的化學(xué)試劑，如硫酸、高錳酸鉀、草酸、氯化亞錫等自身所含汞量會有所差異，使觀測結(jié)果出現(xiàn)明顯差別。為排除化學(xué)試劑因素對汞含量的干擾，水汞觀測規(guī)范要求，在日常工作中樣品觀測的同時開展以下兩項重要工作：①每天進行空白樣對比觀測，空白樣是用蒸餾水做水樣，所加保護劑和觀測條件跟水樣一致，與水樣同時進行觀測，由此判斷化學(xué)試劑是否受汞污染，因為其中任一種試劑受污染均會使水樣和空白樣汞含量同時大幅度升高，甚至超出儀器量程，一旦發(fā)生此情況，必須對每一種試劑逐一排查；②新舊試劑更換以前必須進行3天的對比觀測，結(jié)果符合誤差允許范圍才能啟用新試劑。建議購買試劑時選擇信譽高的廠家生產(chǎn)的優(yōu)級純試劑，使用前加熱煮沸5 min左右進行脫汞處理。

（4）觀測環(huán)境變化。主要檢查取樣口裝置變化、取樣和觀測區(qū)污染、井區(qū)水位、水溫、流量變化、井區(qū)抽水、注水、井水?dāng)嗔饕约捌渌蓴_因素是否存在。取樣點和觀測室受汞污染，如水銀溫度計破碎、飽和汞蒸氣揮發(fā)等，均會導(dǎo)致水汞測值偏高。如果出現(xiàn)水銀溫度計破碎情況發(fā)生，可以灑一小層硫磺粉（硫磺粉對汞有很強的吸附能力），一星期左右清掃干凈即可排除。

（5）K值標(biāo)定。標(biāo)定的新舊K值相差較大時，水汞動態(tài)曲線出現(xiàn)臺階式變化，正常情況下，新舊K值相差應(yīng)小于30%。分析和排除干擾因素的關(guān)鍵是，需及時、正確地進行一一判別，采取有效措施進行處理。

2.3 加密及對比觀測

2009年9月18日至9月26日對下關(guān)溫泉水汞進行加密觀測（表4），26日將水樣送洱源水化站分析，下關(guān)水化站RG-BS型測汞儀測值為425.3 ng/L，洱源水化站XG-4型測汞儀測值為318.4 ng/L，RG-BS型測汞儀測值為408.2 ng/L。結(jié)果表明，儀器類型、觀測時間、觀測環(huán)境不同，測量結(jié)果有一定差異，但反映出汞含量異常的真實存在。

表4 下關(guān)溫泉水汞加密觀測結(jié)果Table 4 The intensive observational results of mercury in Xiaguan hot spring

2.4 地震異常落實

經(jīng)過上述一系列異常核實和判定工作，基本確定當(dāng)時下關(guān)溫泉水汞異常的真實存在，排除干擾因素存在的可能性。2009年9月下關(guān)溫泉水汞發(fā)生異常后，11月2日云南省大理州賓川縣發(fā)生5.0級地震，震中距50km，所以最終結(jié)論是疑似地震異常。

2.5 異常調(diào)查與核實報告編寫

異常變化調(diào)查與核實報告要求現(xiàn)場核實工作結(jié)束后7天之內(nèi)完成，內(nèi)容主要包括測點和異常概述、異常調(diào)查與分析、異常落實判定、結(jié)論和建議。

3 結(jié)束語

一般，地下水汞含量異常核實工作必須做到：①科學(xué)對待異常。引起異常的可能性是多方面的，必須調(diào)查核實，無干擾的異常才可能是地震前兆異常；②異常核實準(zhǔn)備工作；③做好異常現(xiàn)場調(diào)查工作；④做加密觀測、對比觀測等試驗；⑤判定前兆異常預(yù)報意義；⑥編寫異常調(diào)查和核實報告。

國家地震局.汞量測量方法講義［R］.1992.

國家地震局.地震地下流體觀測技術(shù)［M］.北京：地震出版社，1995.

上官志冠，張培仁.活動斷裂的地球化學(xué)特征·滇西北地區(qū)活動斷裂［M］.北京：地震出版社，1990.

楊志堅，李朝明.滇西北地區(qū)活動構(gòu)造溫泉水汞背景值觀測研究［J］.地震地磁觀測與研究，2010，31（5）：138-140.

楊杰英，張立.云南地區(qū)水汞在強震連發(fā)期的震前短臨異常及震后變化特征［J］.地震研究，2003，26（增刊）：111-117.

中國地震局監(jiān)測預(yù)報司.地震前兆異常落實工作指南［M］.北京：地震出版社，2000.

A confirmation method research of mercury content anomaly in ground water

Yang Zhijian and Deng Jiamei
（Western Yunnan Earthquake Prediction Study Area，China Earthquake Administration，Dali 671000，China）

Through a specific example about investigating，verifying and judging of the anomaly of mercury in the water sample of Xiaguan hot spring，the method and steps about verifying and judging the anomaly of mercury in groundwater is explored.We also analyzed the interference factors which cause the anomaly of mercury in groundwater.The observation of mercury and the application of mercury anomaly have reference value for earthquake prediction research.

ground water，mercury content，anomaly confirmation，interference factor，Xiaguan hot spring

10.3969/j.issn.1003-3246.2015.05.014

楊志堅（1972—），男，云南人，工程師，主要從事地震監(jiān)測研究工作

本文收到日期：2015-05-08