泉點改造對山西定襄七巖泉水氡影響

郭 宇高文玉劉俊芳劉金柱郭寶仁王曉霞，

1）中國山西035403定襄地震臺

2）中國山西030025太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站

3）中國山西033300離石中心地震臺

泉點改造對山西定襄七巖泉水氡影響

郭 宇1），2）高文玉1），2）劉俊芳1），2）劉金柱1），2）郭寶仁1），2）王曉霞2），3）

1）中國山西035403定襄地震臺

2）中國山西030025太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站

3）中國山西033300離石中心地震臺

2014年定襄七巖泉泉點改造后，水氡含量大幅下降，通過分析排除各類干擾因素，進行對比觀測認為，此次定襄七巖泉水氡濃度下降可能因泉點改造后取樣口不密封所致。

泉點改造；水氡；干擾；密封

0 引言

連續觀測地下水中氡含量的變化，有可能捕捉到地震孕育與發生的信息。國內外的巖土破裂氡射氣變化的實驗觀測結果，和為數不少的水氡震例，證明水氡是映震效能較強的地下流體測項（孔令昌等，2007）。定襄七巖泉水氡具有典型的夏高冬低型年動態，是一個觀測質量好、信度高、映震能力好的地震前兆觀測項目。2014年8月定襄地震臺對七巖泉點進行改造，之后水氡出現大幅下降變化，是否受泉點改造影響所致，本文將對此進行分析。

1 觀測背景

定襄七巖泉（以下簡稱定襄泉）為天然自流泉，1979年開始進行水氡含量觀測。定襄泉位于山西省定襄縣茶房口村東南山谷西側，地處系舟山斷裂帶，該斷裂走向NE，傾向NW，為本區主要活動斷裂。定襄泉地下水化學類型為HCO3—Ca型水，屬寒武紀灰巖、喀斯特裂隙溶洞水，含水層上部為中奧陶統（O2）富水灰巖，下部為相對隔水的下奧陶統（O1）泥質灰巖。目前定襄泉采用FD-125氡釷分析器進行水氡觀測，設有氣溫、氣壓、水溫、流量、鼓泡水溫、降雨量等輔助觀測項目。定襄泉水氡觀測數據連續、可靠，水氡年變規律明顯，年正常動態呈夏高冬低型（范雪芳等，2011）。由2004—2006年觀測日值曲線（圖1）可見，水氡觀測值在每年1—9月上升，10月以后迅速下降。

圖1　2004—2006年定襄泉水氡觀測日值曲線Fig.1 The water radon daily value of Dingxinag spring from the year 2004 to 2006

2 干擾因素

據范雪芳等（2007）、張文男等（2014）的研究，定襄泉水氡受氣溫、流量及降水量影響，且在一個水文年內，不同時期有其主要影響因素。

2.1 氣溫干擾

定襄泉水氡每年1—6月受氣溫影響較大。據張煒等（1988）研究認為，氣溫引起水氡值變化的機理是水氣對流作用。定襄泉為下降泉，出露部位的包氣帶巖層較厚。每年春季氣溫和表層地溫上升，巖層上層地溫較高，致使氣流自上而下流動，導致附著在巖石裂隙中的氡氣脫離裂隙，隨氣流流動，被未飽和的裂隙水吸收，從而使水氡含量增大。2011—2012年水氡與氣溫變化對比關系見圖2，可見定襄泉水氡隨氣溫變化而產生相應變化，且因氣溫與巖石溫度有一定時間差，水氡變化相對滯后。

圖2　定襄泉2011—2012年水氡、 氣溫變化對比關系Fig.2 The water radon，air temperature daily values of Dingxiang spring from the year 2011 to 2012

2.2 降雨和泉水流量干擾

定襄泉水氡多年動態變化與泉水流量關系密切。每年夏秋季，由于降雨滲入補給，使泉水流量急劇上升，水氡值也隨流量增加而變化。主要存在兩種情況：①流量增大，氡值增大。主要原因是：降雨將巖石裂隙中的氡氣及母體析濾到水中，增加了溶解氡的含量，從而引起水氡突發性上升，見圖3（a）；②流量增大，氡值減小，主要是由于降雨的淡化作用所致（范雪芳，2011）。當1年內累計降水量超過一定閾值時，低氡含量的雨水從泉口周圍滲入，與地下水混合，水氡含量減?。浑S著降雨量的增加，巖石裂隙中的氡氣逐漸淡化，析濾的氡氣少了，地下水中的氡含量相應減少?？梢?，隨著降雨量的增多，水氡濃度減?。蹐D3（b）］。

圖3　定襄泉水氡、流量、降雨量對比關系（a）2010—2012年；（b）2015年Fig.3 The water radon，flux and rainfall daily values of Dingxiang spring

3 泉點改造影響

3.1 泉點改造

定襄泉水化采樣點至出水口的引水管道為陶瓷制品，因年久破碎，布滿裂縫，樹根、草根經管道裂縫進入管內生長，使管道處于半堵塞狀態，部分泉水通過管道裂縫外流，下雨時地表水通過裂縫進入管內，影響水氡觀測，于2014年8月22日—9月16日對水化采樣點進行改造，將通水管道更換為密封性較好的PE管道，降雨時地表水無法混入管內，出水口泉水流入管內，流量增大2/3。

3.2 改造前后氡含量對比

選取泉點改造施工前與改造完成后各10天的水氡觀測數據進行對比，發現施工前定襄泉水氡含量約41—47 Bq/L，改造后約30—33 Bq/L，降幅達40%（表1）。

表1　定襄泉點改造前后氡含量對比Table 1 Water radon content comparison table before and after the spring point transformation of Dingxiang

3.3 自然環境影響分析

收集整理定襄泉點改造前后2014—2015年氣溫（日均值）、泉點流量（日值）、降雨量（日總量）資料，繪制水氡、氣溫日值對比曲線及水氡、流量、降雨量日值對比曲線（圖4），分析泉點改造對水氡含量觀測值的影響。

由圖4可見：①2014年、2015年氣溫變化基本一致，2015年8—9月定襄泉水氡含量變化平穩，說明2014年泉點改造后水氡大幅下降非氣溫影響導致；②定襄2014年和2015年降雨總量分別為388.8 mm、471.3 mm，2015年水氡含量受降雨及流量影響不大，基本保持平穩變化；2014年泉點改造后，泉水出水口流量增大，且降雨時地表水未混入管內，水氡含量應該上升，說明泉點改造后定襄泉水氡含量大幅下降不是降雨和流量影響所致。

圖4　2014—2015年定襄泉氣溫、水氡、流量、降雨量對比曲線Fig.4 The water radon，air temperature，flux and rainfall daily values of Dingxiang spring from the year 2014 to 2015

3.4 改造前后水源處水氡含量對比

2015年9月4日—5日，由于施工改造無法在定襄泉取樣口取樣，故在水源處采樣觀測。泉點改造完成后，因定襄泉水氡含量下降，于2015年10月27日在水源處和取樣口分別采樣進行對比觀測。按照《地震水文地球化學觀測技術規范》要求，觀測室溫度保持在15℃—25℃，相對濕度不超過80%，為減小誤差，由專人定時、定位采用擴散器負壓法采樣，同時觀測流量、水樣溫度及氣溫。表2為改造前后不同采樣點水氡含量對比結果，對比表1結果可知：泉點改造前后，水源處水氡含量變化不大（下降幅度約3 Bq/L），取樣口水氡含量下降幅度較大，超過20 Bq/L。

表2　泉點改造前后不同采樣點水氡含量對比Table 2 Different sampling points around（before and after） the spring point transformation of the water radon content comparison table

3.5 取樣口水氡大幅下降原因

從表1、表2可以看出，改造前后水源處水氡含量基本一致，且明顯高于改造后室內取樣口的水氡含量，可見水氡含量下降不是地震前兆異常。排除自然環境影響，水氡含量下降可能由以下幾個原因造成。

（1）溶解在水中的氡隨著距離的增加會損失一部分，水源處與取樣點僅相距20 m，根據以往經驗，如此短的距離水氡含量不可能衰變16 Bq·L-1之多。

（2）引水管道更換為PE管道，可能會吸附一部分氡，過程較短，氡的吸附與脫附很快保持平衡。至2015年，定襄泉水氡含量仍然保持低值水平，說明下降變化不是PE管道吸附所致。

（3）定襄泉改造前后出水口照片見圖5，可見：改造前管道出水口沒入水池，出水口處密封，水氡不會擴散，取樣口與水源處的水氡含量相差不大；改造后管道出水口在水池上方，出水口處不密封，氡氣可能從管道出水口處擴散，從而導致定襄泉水氡含量大幅下降，取樣點與水源處觀測數值相差較大。

圖5　定襄泉改造前后取樣口對比Fig.5 Sampling comparison picture before and after transformation for Dingxiang spring

4 結論

通過對定襄七巖泉水氡干擾、泉點改造影響進行分析，可以得到以下結論：多年觀測資料表明，定襄七巖泉水氡含量主要受氣溫、降雨干擾，2014年定襄氣溫曲線形態與往年一致，且降雨量并非歷年較多年份，說明泉點改造后水氡含量大幅下降非氣溫和降雨所致；泉點改造后，引水管道出水口不密封，導致氡氣擴散，可能是定襄七巖泉水氡含量大幅降低的關鍵因素。

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孔令昌，王桂清，車用太，等.地震地下流體理論基礎與觀測技術［M］.北京：地震出版社，2007：131.

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張文男，黃春玲，高振強.夏縣地震臺熱水井溶解水氡干擾因素分析［J］.地震地磁觀測與研究，2014，35（1）：205-208.

Abstract

After reconstruction of Qiyan spring at Dingxiang，Shanxi Province in 2014，radon content in water decreased significantly.Through the analysis of various kinds of interference factors，making comparative observation，this falling of radon concentration in water of Qiyan spring at Dingxiang may be affected by the unsealed sampling after the reconstruction.

The impact of spring transformation on water radon of Qiyan spring at Dingxiang，Shanxi Province

Guo Yu1），2），Gao Wenyu1），2），Liu Junfang1），2），Liu Jinzhu1），2），Guo Baoren1），2）and Wang Xiaoxia2），3）
1） Dingxiang Seismic Station，Shanxi Province 035400，China
2） National Continental Rift Valley Dynamics Observatory of Taiyuan，Shanxi Province 030025，China
3） Lishi Seismic Central Station，Shanxi Province 033300，China

transformation of the spring，water radon，interference，seal

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.03.009

郭宇（1990-12—），女，助理工程師，2012年畢業于忻州師范學院計算機科學與技術專業，從事地震前兆觀測工作