土壤氣CO2快速測定法探究

高文晶　李寧　康健　朱宏

【摘 要】近年來，國內外學者在地震監測研究上取得了很大的進展，其中普遍認為土壤氣CO2的釋放與斷裂活動性具有較大相關性，CO2氣的測定可作為地震前兆的監測分析手段之一，本文主要敘述了土壤氣CO2快速測定法在天津市靜海地震臺的觀測分析與研究。

【關鍵詞】CO2測定；快速測定法；地震監測；前兆觀測

中圖分類號： P315.7 文獻標識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）08-0257-002

Study on Rapid Determination of CO2 in Soil Gas

—— Take Jinghai Seismic Station as an example

GAO Wen-jing LI Ning KANG Jian ZHU Hong

（Tianjin Seismological Bureau， Tianjin 300000，China）

【Abstract】In recent years， domestic and foreign scholars have made great progress in earthquake monitoring research. Among them， it is generally believed that the release of CO2 in soil gas is closely related to the fracture activity. The determination of CO2 gas can be used as a precursor to the monitoring of earthquakes. One of the means， this article mainly describes the observation and analysis of the CO2 fast determination method of soil gas at the Jinghai Seismic Station in Tianjin.

【Key words】CO2determination； Rapid assay； Earthquake monitoring； Precursor observation

1 觀測點選擇

1.1 觀測站基本情況

天津市靜海地震臺始建于1975年，隸屬于天津市地震局，占地面積68畝。地理坐標為λ116°51′28″、φ38°56′30″，位于天津市靜海區梁頭鎮李莊子村，距天津市區約40km。

地質構造位于“華北地臺”、“河北凹陷區”的“滄縣隆起”上，距 “天津南斷裂” 約1.5公里，該斷裂北自天津楊柳青西，南至大城區東，長約90公里，走向為北東，傾向南東，為里坦凹陷與大城低凸起的分界，斷距為70-350米，斷點埋深為250-900米。新生界地層厚度約1000m，層位為上第三系的“明化鎮組”及第四系。下伏地層為第三紀砂巖。

1.2 氣候、水文、土壤環境

靜海地震臺隸屬于天津市靜海區，屬暖溫帶大陸性季風氣候，四季分明，冬、夏季長，春、秋季短。春季風多干燥，降雨較少；夏季雨多潮濕，氣候悶熱；秋季氣候涼爽，溫差較大，冬季空氣干燥，風大雪少。靜海區土壤均屬潮土類，地下水埋深一般1.5～2.5m，土壤分布隨成土因素變化表現出一定的地域差異規律。

2 觀測裝置布置

2.1 裝置的口徑和深度

土壤氣CO2觀測孔位于靜海地震臺院內，由于淺地表（0.5m以內）范圍內有機質豐富，溫度、濕度非常適宜生物化學作用，會產生大量CO2氣體，所以測定孔深度應選擇0.5m以上。靜海地區地下水深埋一般為1.5～2.5m，測定孔深度應選擇1.5m以內，選擇測孔深選擇距離地面為1.0m，設定孔徑為10cm。

2.2 測定管位置選擇

土壤氣CO2的含量測定與測定管的位置密切相關，測定管越接近測定孔底部觀測到的測定值越高，同時，如果測定管位置放置過低又會容易出現觸底現象，即由于距離過近，觀測管進氣口出現被泥土堵塞情況。經過多次試驗和反復的數據分析，將測定管放置在距離測定孔底部5～10cm處可保證測定數據較少的受到氣流影響。此外，天津地區的降雨量一般為10～20cm，將PVC套管防護高出地平20cm，孔口使用PVC管帽做封閉以防止地表水進入測孔。

2.3 溫度觀測

溫度觀測采用普通溫度計（十分之一標準溫度計）與測管同深度觀測（觀測深度1m）。

3 土壤氣CO2觀測

3.1 溫度對觀測的影響

將靜海地震臺土壤氣CO2濃度與觀測溫度的測定數據進行分析發現，觀測點土壤氣CO2濃度數據表現出夏天高、冬天及初春低的現象，二者呈現出趨勢正相關的關系，測定口的溫度越高，觀測到的土壤氣CO2濃度也越高。

3.2 氣壓對觀測的影響

將靜海地震臺土壤氣CO2濃度與大氣氣壓的測定數據進行分析發現，觀測點土壤氣CO2濃度數據表現出夏天低、冬天及初春較高的現象，二者呈現出趨勢負相關關系，測定口的氣壓越低，觀測到的土壤氣CO2濃度越高。

3.3 降雨量對觀測的影響

將靜海地震臺土壤氣CO2濃度與降雨量的測定數據進行分析發現，土壤氣CO2濃度數據與降雨量表現出相反的關系，降雨量越高，觀測到的土壤氣CO2濃度越低，這主要是由于CO2可溶于水，降雨導致土壤中水分增加，使觀測孔的CO2溶解度上升，觀測口的CO2氣體濃度減少。年度氣溫—氣壓—降雨量曲線對比如圖3。

4 結論與展望

通過對靜海地震臺土壤氣CO2及溫度、氣壓、降雨量等測定數據的分析發現，土壤氣CO2的觀測裝置設定需結合當地的地質特征以及氣象特征，方可獲得穩定可靠的觀測數據，裝置布置過程應充分考慮當地地下水位變化。土壤氣CO2的含量變化與溫度、氣壓及降雨量密切相關，在測定過程中需要將其作為輔助數據一并予以監測。

使用CO2測管讀取CO2濃度值時，打開管口的大小直接影響監測數值，再者CO2管的刻度間隔較大，讀取數值為估讀值，故不同觀測人員讀取的數值存在一些差異，建議以更加精確敏感的電子設備代替簡易的CO2管，從而獲得更加準確的數據。

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