P2000與SD-3A測氡儀串聯平行觀測分析

邱永平

（中國浙江315029寧波地震臺）

P2000與SD-3A測氡儀串聯平行觀測分析

邱永平

（中國浙江315029寧波地震臺）

為測試P2000測氡儀工作性能，利用寧波地震臺ZK03井原氣氡觀測系統，將SD-3A型測氡儀排氣管接入P2000型測氡儀進氣口，2套儀器作串聯并行觀測。通過對1年觀測數據整點值做相關系數分析，發現存在顯著相關性。P2000型測氡儀具有自動扣除本底污染的功能，觀測值平均僅為SD-3A儀約60%，但能記錄到氣氡潮汐現象，能真實反映地下流體中氣氡的動態變化過程，認為可以在地震流體氣氡連續觀測中應用，只是收數軟件需進一步改進。

氣氡儀串聯平行觀測；P2000型測氡儀；SD-3A型測氡儀；對比分析

0 引言

1966年邢臺地震以后，中國開展了以氡、汞為主的水文地球化學觀測研究。早期氡觀測主要是人工模擬水氡測試，觀測儀器有FD-105（K）、FD-125等，20世紀80年代以來，特別是“九五”以后，使用數字化SD-3A型自動測氡儀進行氣氡連續觀測。經過近50年的發展，已初步形成通過觀測水氡（李瓊等，2012）、氣氡(楊鼎鴻等，2011)、水汞、氣汞的動態獲取地震孕育、發生以及成災過程中地球化學場變化的觀測網絡，在防震減災工作中發揮著重要作用。

長期以來，受觀測條件限制，地震流體觀測主要以單手段為主，很少開展比測研究，觀測資料的客觀性和科學性無法驗證（劉耀煒等，2006），特別是不同型號、不同測試原理的數字化地球化學觀測儀器進行平行比測的案例更加少見。2011年中國地震局流體臺網儀器優化改造項目組從國外引進新的地震流體前兆觀測儀器P2000型測氡儀。該儀器由德國設計、法國制造，優點在于高穩定性和領先的算法①北京瑞恒聯合科技有限公司，2010，德國SAPHYMO GMBH公司測氡儀ALPHGUARD系列中文操作手冊。浙江省寧波地震臺為全國首批8個試測臺站之一，該臺在氣氡連續觀測試驗中，把P2000型與SD-3A型測氡儀（下述簡稱P2000和SD-3A）作串聯平行觀測記錄，獲得較理想的觀測數據。

1 井孔及觀測儀器

1.1 井孔概況

寧波地震臺ZK03井在臺站院內，1979年4月成井，井深83.06 m，井孔巖性為白堊紀紫灰色凝灰巖，地下水類型為山前補給基巖構造裂隙水，2個主要含水層在16.5—25.0 m和44.5—48.5 m處，水質屬低礦化度HCO3—Ca型水，2014年日均自流量小于1 t，井口水溫約17.9 ℃。

1.2 P2000型儀器特性

P2000使用先進的3D α譜脈沖電離室技術，具備高精度、高穩定性的優點，響應速度快，具有自動扣除本底污染的功能（在一個測量序列進行過程中，自動本底修正不工作，只有開始一個新的測量序列才工作）。量程范圍2—200 000 Bq/m3，可每分鐘或每10 min記錄1個數據，可以連續記錄。

1.3 SD-3A型儀器特性

該儀器以CPU89C52為控制系統，對氡進行全自動測量、顯示、傳輸的智能化儀器，SD-3A的閃爍室采用創新技術，攻克ZnS(Ag)屏探測器不能在高溫、高濕、高腐蝕環境下長期穩定測量的技術難題，從而拓寬應用范圍，對溶解氡（自流井、泉）、土壤斷層逸出氡均可定時定量穩定連續的自動長期監測（中國地震局，2001）。

2 測試方法及效率

2.1 測試方法

寧波地震臺引進P2000儀進行氡氣測量，為驗證其性能，與SD-3A測氡儀進行對比觀測試驗。本次試驗是利用寧波臺原有氣氡觀測系統（邱永平，2014），在進水管中引入氣泵輸出氣體，使集氣室內進水，同時進行自動連續鼓泡，把水中氣體脫出，及時有效地將脫出和集得的新鮮氣體快速傳送到觀測儀器。為保證氣泵輸出的氣體連續穩定，在輸氣管中接入玻璃轉子流量計，控制氣體流量，進行恒流鼓泡。將集氣室出氣口與SD-3A進氣口連接，排氣管接入P2000的進氣口，從其出氣口排氣，即2套儀器作串聯并行觀測。SD-3A儀器設置為每60 min記錄一個數據，P2000儀器設置為每10 min記錄一個數據，2014年1—5月每月本底校正數據更改2次，6—12月每月本底校正數據更改1次。該氣氡觀測系統安裝在井位下游約22 m處一間儀器專用觀測室內，用20 mm不銹鋼管道件引水連接井口與脫氣—集氣裝置進水口（管道埋地），用直徑8 mm、長度50 cm橡皮管連接集氣室出氣口與SD-3A儀器閃爍室進氣孔。試驗裝置見圖1。

圖1 SD-3A與P2000脫氣—集氣裝置連接Fig.1 The connection of SD-3A and P2000 degassing and gas collecting device

2.2 觀測效率

如果按該井每天自流量1 t計算，從井口到集氣室管道長22 m×20 mm（管道內徑），體積約為0.007 m3，則管道內流水每天可更換約143次，即6次/小時，約10 min井口水就能自流到集氣室內。玻璃轉子流量計的空氣流量設置為0.5 L/min，集氣室內液面以上空間約1.5 L，則集氣室內氣體每3 min即可更換1次；而SD-3A儀器的閃爍室體積為0.37 L，閃爍室內氣體每3 min不到可更換4次； P2000電離室體積為0.56 L，電離室內氣體每3 min可更換2次以上，觀測氣體的及時性有了基本保證。

3 觀測資料對比分析

3.1 全年曲線對比

對寧波臺ZK03井2014年1—12月P2000儀和SD-3A儀氣氡比測值進行對比，并分析當年降雨影響，見圖2，其中P2000儀選取10 min值、SD-3A儀選取整點值。從圖2可見，P2000和SD-3A儀的記錄曲線形態相似，1—9月均趨勢性上升，10月以后向下變化，與當年的降雨量變化較一致，說明測值的動態變化主要受降雨量影響，也就是受到井水流量的變化影響，流量增加，測值上升，反之測值下降。這是因為，井水流量太小，該脫氣—集氣裝置沒有控制進水量所致。通過對P2000與SD-3A儀整點值觀測數據的相關系數分析，發現二者存在顯著相關性。

圖2 2014年寧波臺ZK03井氣氡測值與降雨曲線Fig.2 Hourly values of gas radon at ZK03 well and rainfall at Ningbo Seismic Station in 2014

從定量分析，P2000儀1—12月平均值為6.1 Bq/L，最大值出現在8月22日，為9.54 Bq/L，最小值出現在2月4日，為2.93 Bq/L，最大波動幅度達6.61 Bq/L，接近年平均值。SD-3A儀1—12月平均值為10.2 Bq/L，最大值（突跳點除外）出現在8月22日，為14.5 Bq/L，最小值出現在3月25日，為6.9 Bq/L，最大波動幅度達7.6 Bq/L，明顯小于年平均值。

由測試結果可知，P2000儀年平均測值是SD-3A儀約60%，絕對差為4.1 Bq/L。這是因為，P2000儀有自動扣除本底污染的功能，而SD-3A無此功能，所以P2000測值更接近實際值。假設SD-3A儀的全年平均本底污染值為4.1 Bq/L，將最大和最小值扣除本底值，則分別為10.4 Bq/L和2.8 Bq/L，與P2000儀觀測結果基本一致，說明SD-3A儀器閃爍室受到污染后，其本底值動態變化基本穩定。

3.2 干擾曲線對比

2014年4月P2000和SD-3A儀測值受到干擾，動態變化曲線見圖3，從曲線變化可看出，在氣路阻滯時，測值出現同步上升，排除后，同步恢復正常。

圖3 2014年4月 P2000和SD-3A儀測值干擾動態變化曲線Fig.3 The dynamic curve of measured value interference of P2000 and SD-3A in April 2014

3.3 異常曲線對比

2014年9月P2000和SD-3A儀測值出現異常，動態變化曲線見圖4。從圖4可見，二者異常形態不完全相同，SD-3A儀測值以脈沖形式出現，P2000儀以持續相對高位形式出現，可能與2套儀器測試原理有關。P2000儀設置為每10 min記錄1個數據，是10 min內內部計算因子的均值（氣體連續流動），可以理解為10 min的平均值，而SD-3A儀是每個整點值的測值（測量時氣路中斷2 min）。因儀器時鐘精度存在一定誤差（＜3 min），2套儀器不可能同時測量。由于以上原因，異常形態一般不同。

圖4 2014年9月P2000和SD-3A儀測值異常動態變化曲線Fig.4 The dynamic changes curves of the measured value anomaly of P2000 and SD-3A in Sep.,2014

3.4 日變形態曲線對比

2014年11月P2000和SD-3A儀測值不同日變形態典型動態變化曲線見圖5。從圖5可看出，P2000儀測值的日變動態清楚，即呈現規律的固體潮形態（邱永平，2015）（一般降水量較少季節，井水流量平穩，氣氡測值動態清晰），圖5中（c）圖是11月7日—9日P2000儀固體潮形態放大曲線，SD-3A儀測值日變動態為隨機波動形態。

圖5 2014年11月P2000和SD-3A測值不同日變形態變化曲線Fig.5 The dynamic change curves of different diurnal variation of P2000 and SD-3 A measured value in November,2014

4 結論

（1）通過連續1年的串聯平行觀測試驗，并對全年整點值數據進行相關系數分析，發現P2000與SD-3A儀記錄的動態曲線存在顯著相關性，2套儀器記錄的觀測資料的客觀性和科學性得到相互驗證。

（2）通過觀測試驗，發現國產SD-3A型測氡儀觀測效果顯著，儀器閃爍室受到污染后，其本底值動態變化基本穩定，對氣氡濃度高低動態的波動程度響應速度較快。

（3）P2000型測氡儀具有自動扣除本底污染的功能，觀測值平均僅為SD-3A型測氡儀的約60%，但能記錄到氣氡潮汐現象，更能真實反映地下流體中氣氡的動態變化過程，認為可以在地震地下流體氣氡連續觀測中應用，但其收數軟件與現行的“十五”地震前兆臺網不一致，需要進一步改進。

李瓊，秦嘉政，石紹先.云南水氡群體異常特征[J].地震地磁觀測與研究，2012，33（5/6）：152-159.

劉耀煒，陳華靜，車用太.我國地震地下流體觀測研究40年發展與展望[J].國際地震動態，2006，（7）：3-12.

邱永平.氣氡觀測中的恒流鼓泡式脫氣—集氣裝置研制與應用[J].內陸地震，2014，28（4）：335-340.

邱永平.P2000型測氡儀在氣氡連續觀測中記錄的潮汐現象[J].中國地震，2015，31（1）：152-157.

楊鼎鴻，鄧聰，程慶斌，林昊.寧德一號井氣氡資料異常變化分析[J].地震地磁觀測與研究，2011，32（1）：91-95.

中國地震局.地震及前兆數字化觀測技術規范——地下流體觀測（試行）[S].北京：地震出版社，2001：32-34.

Analysis on the radon series parallel observation data measured by P2000 type and SD-3A type instruments

Qiu Yongping
(Ningbo Seismic Station，Zhejiang Province 315029，China)

In order to test the performance of P2000 emanometer,using ZK03 wells gas radon observation system at Ningbo Seismic Station,connected exhaust pipe of the SD-3A radon detector of type exhaust pipe to type P2000 emanometer inlet,the series parallel observation of 2 sets of instruments experiment has carried out.Through the analysis of correlation coefficient on the whole point data of 1 year,it is found that there is signifi cant correlation between data from the two instruments.The P2000 emanometer has the function of automatically deducting ambient pollution.Its observations on average are only about 60% of SD-3A,but can record the gas radon tide phenomenon and can refl ect the dynamic change process of underground fl uid gas radon.The experiment shows that P2000 emanometer can be used in gas radon continuous observation of earthquake fl uid,while the data acquisition software need to be further improved.

gas radon apparatus series parallel observation，P2000 emanometer，SD-3A emanometer，comparative analysis

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.05.018

邱永平（1959—），男，高級工程師，長期從事地震監測工作

2015年度中國地震局“監測、預報、科研”三結合課題（編號：151101）

本文收到日期：2015-11-18