平涼安國井氣氡觀測資料影響因素分析

苗在鵬，姚玉霞，張飛麗

(1.甘肅省地震局，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省地震局平涼地震臺，甘肅 平涼 744000)

0 引言

對于多年的氣氡模擬觀測,國內外已積累了大量的觀測經驗和研究成果，而氣氡觀測的原理方法與人工模擬水氡觀測不同,其采樣率高,是地震前兆觀測中的新方法[1-4]。平涼氣氡觀測于2001年在柳湖井采用噴射式脫氣-集氣裝置。2006年10月，由于柳湖井斷流，遷至北山一號泉觀測，由于北山一號泉點附近有養雞場，對觀測資料影響嚴重，又于2015年底遷至安國1號井，采用自吸氣鼓泡脫氣裝置、SD-3A型測氡儀進行觀測。有學者曾對平涼安國井流體觀測資料進行研究，但在觀測資料影響因素方面的研究較少。下面通過采用不同的方法，對安國井氣氡觀測的影響因素進行分析，研究結果可為觀測資料的正確使用和分析提供參考。

1 平涼安國井概況

平涼安國自流井成井于1996年8月，位于平涼市崆峒區安國鄉下頡河村，周邊為耕地，年平均水溫22.5 ℃，屬于冷水井,深度達1 123 m，出水量大，氣體和離子組分含量較高，其動態不受或較少受地面降水、居民生活用水的影響，又處在六盤山和小關山斷裂帶附近部位，是進行地震地球化學觀測較合適的測點。井孔結構及地層情況為：11.16 m以上為第四系堆積；11.16 m至101.05 m左右為細砂巖和砂質泥巖；101.05 m至255.81 m為砂質泥巖，主要成分為黏土礦物，含有少量的粉色砂質；375.66 m至1 044.7 m以角礫巖為主，下部為含水層，角礫多為石灰巖、白云巖碎塊，填隙物為紅黏土、碳酸鹽礦物質等。

2 分析研究方法

2.1 相關分析法

相關性分析是指對兩個或多個研究現象之間是否存在依存關系，并對有關系的變量進行相關分析，進而判斷其相關程度。相關程度用相關系數來衡量，一般用字母r來表示。

式中，x、y分別表示一組數據，其之間具有線性函數關系。相關系數r取值在-1到1之間，當|r|=1時，稱x、y完全相關；r=0時，稱x、y不相關；|r|<1時，x的變化引起y的部分變化，r的絕對值越大，x的變化引起y的變化就越大。|r|>0.8時稱為高度相關，|r|<0.3時稱為低度相關，其他為中度相關[5]。

2.2 相對均方差法

標準差也稱均方差，用σ表示，指樣本數據的離散程度。標準差就是樣本平均數方差的開平方，通常是相對于樣本數據的平均值而定，受極值影響。標準差越小，表明數據越聚集，測量結果越接近真實值；反之，標準差越大，表明數據越離散，測量結果含有的誤差因素越大。計算方法如下：

假設有一組數值x1,...,xN(皆為實數)，其平均值為：

標準差為：

3 氣氡觀測資料影響因素分析

3.1 脫氣裝置影響

近幾年，前兆觀測技術發展迅速,氣氡觀測方式變化較大，由以前的人工模擬觀測變為現在的自動化數字觀測。從理論上講,一套理想的地下流體檢測技術系統包括一個無干擾的井孔、一套氣水分離集氣裝置和一臺性能良好的觀測儀器。選擇一套適合觀測井的脫氣裝置，是保證觀測資料質量的必要條件[6]。

為考察脫氣裝置對氣氡測值的影響，選取安國井和北山一號泉2個觀測點兩年的數據進行對比分析。2個測點所用的脫氣裝置不同，觀測儀器相同(均為SD-3A自動測氡儀)?？紤]所選取的樣本(氣氡實際觀測值)中可能含有其他干擾因素，數據的波動并非由脫氣裝置單一因素造成，在分析時對觀測數據進行預處理(如，系統造成的錯誤數據、環境干擾造成的數據臺階、突跳等)。運用均方差計算方法，對平涼安國井和北山一號泉氣氡觀測資料進行處理。結果表明，安國井的均方差小于北山一號泉的，可能說明安國井所用的脫氣裝置對氣氡測值的影響較小。從兩種脫氣裝置前15個月的均方差計算結果接近，第16個月開始北山一號泉結果明顯增大的現象來看，安國井所用脫氣裝置的穩定性優于北山一號泉的(見圖1)。

圖1 平涼安國井與北山觀測站氣氡值變化曲線Fig.1 Variation curve of gas radon value of the Anguo well and Beishan observation station in Pingliang

3.2 降雨影響

降雨量的多少會影響觀測數據，降雨量越大測值降低；反之，降雨量越小，測值會相應地增大[7]。從圖2中可以看出，平涼安國井氣氡測值與降雨量的關系不大，測值隨降雨量的升高而降低不明顯。從第12頁表1的相關分析結果看出，2016年氡值與降雨的年平均相關系數為0.380，2017年為0.374，表明平涼安國井氣氡觀測受降雨的影響不大。

圖2 平涼安國井氣氡值與降雨的關系Fig.2 Relation between gas radon value and rainfall in Pingliang Anguo Well

3.3 氣壓效應

通過計算2016年1月1日至2017年12月31日平涼安國井氣氡和氣壓的相關系數，認為當相關系數的絕對值大于0.500時，數據之間存在相關性，反之則不相關。對平涼安國井氣氡值與氣壓的相關性進行分析，結果如表1所示，表明氣壓與氣氡值成正相關性，氣氡值隨氣壓的升高而升高，反之則下降(見圖3)。

圖3 平涼安國井氡值與氣壓的關系Fig.3 Relation between gas radon value and air pressure in Pingliang Anguo Well

3.4 氣溫影響

平涼安國井于2016年底建成，2017年開始正式觀測，所以研究選取2016年至2017年的氣溫與氡值資料進行分析。由平涼安國井氣溫和氡值日均值曲線第12頁圖4看出，2016年1月至2017年12月安國井氣溫和氡值呈正向變化的形態，兩者表現出幾乎同步變化的態勢，即氣溫升高氡值升高，反之則降低。

為定量分析該井氣氡與各影響因素的關系，對2016年至2017年平涼安國井氣氡與氣溫、降雨量、氣壓進行綜合相關分析。由表1可知，氣溫和氣壓對平涼安國井氣氡觀測有一定的影響,2016年相關系數分別為0.627和0.660；2017年與氣溫的相關性明顯增大，相關系數為0.758，與氣壓的相關系數與2016年相比變化不大，為0.641，特別在3-8月，與氣溫相關性明顯增強，相關系數達0.872；與氣溫、氣壓相比，降雨量的影響相對較弱，相關系數為0.628。

圖4 平涼安國井氣氡值與氣溫的關系Fig.4 Relation between gas radon value and temperature in Pingliang Anguo Well

月份2016年2017年氣溫降雨量氣壓氣溫降雨量氣壓10.3400.3630.2970.7520.0000.65720.7740.2940.5310.6020.5850.59430.5920.5350.6420.8610.3670.56740.6670.3830.7370.6990.2540.61050.8370.4300.5930.8720.5430.72560.5370.0000.6880.8300.4980.52270.5970.2310.6430.7960.3690.68480.7860.3590.8030.8380.6160.71490.6270.5690.8270.7320.6280.661100.6790.7090.7310.7710.4610.768110.5660.0000.7420.8050.1610.577120.5220.6910.6800.5340.0000.615年平均0.6270.3800.6600.7580.3740.641

4 結論

通過以上分析，得出平涼安國井氣氡觀測資料受影響的情況如下。

(1) 主要受氣溫與氣壓的影響。兩者與氣氡測值均呈正相關，氣溫的影響程度大于氣壓。

(2) 與降雨量的關系不大。

(3) 與脫氣裝置關系密切。選擇合理的脫氣裝置是保證觀測資料質量的重要條件。