土壤氣CO2保溫實驗初探

谷茂龍 東得淼

摘? 要：為了減少外界大氣環境對土壤氣CO2觀測數據的影響，提高觀測數據的內在質量，對觀測裝置進行保溫處理。分析研究保溫前后寧河地震臺土壤氣CO2觀測數據的變化特征，并以此得出一些結論，作為日后觀測的依據。

關鍵詞：土壤氣CO2;溫度;分析

中圖分類號：P631.4? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）24-0081-02

Abstract： In order to reduce the influence of the external atmospheric environment on the soil gas CO2 observation data and improve the internal quality of the observation data， the observation device was treated with heat preservation. The variation characteristics of soil gas CO2 observation data of Ninghe Seismic Station before and after thermal insulation are analyzed and studied， and some conclusions are drawn as the basis for future observation.

Keywords： soil gas CO2; temperature; analysis

引言

在地球的各種動力學過程中，地殼中的CO2含量會發生明顯的變化。地震的孕育過程中由于地殼應力釋放導致巖石的破裂，從而釋放出CO2氣體（官致君）。斷層氣CO2快速測定法在首都圈地震前兆觀測已有二十幾年，獲得了較好的效果。通過對土壤中CO2濃度的動態變化進行監測，可以捕捉到地震前兆的異常信息，對地震預測有重要的意義和價值（徐延武）。天津市地震局有6個臺站安裝了土壤氣CO2裝置，收集可靠的數據對長期的地震預測和研究有深遠的意義。

1 測點概況

寧河地震臺始建于1975年，1976年基本建成，對1976年唐山7.8級地震的余震監測發揮過重要作用。臺站位于寶坻斷裂、滄東斷裂和薊運河斷裂的交匯處，由于地震臺特殊的地理位置，同時為了切實加強天津地震局前兆監測網絡對唐山老震區的監測能力，2014年8月19日增加了土壤氣CO2監測項目。1976年11月15日發生在寧河境內的6.9級地震，給天津造成Ⅵ-Ⅷ度的破壞。臺站周邊的村、鎮人民生命財產損失慘重。由于應力釋放此次地震將臺站新鉆的生活供水井井管錯位、報廢。此次安裝二氧化碳項目時，即選擇了該點位。

根據寧河地震臺的水文地質條件及潛水位，確定CO2建設點深為1m。埋硬塑料套管前，底部0.5m高先打孔，然后用細紗窗布將其裹好。埋管時，先填埋粗沙和土，隨后壓實。如圖1所示。

2 實驗過程

2.1 實驗目的

CO2快速測定管是一支長14cm，直徑0.4cm的玻璃管，玻璃管內充填了吸附有百里藍酚酞的活性氧化鋁（呈藍色）。當氣體進入測定管中，即被活性氧化鋁吸附，其中CO2與百里藍酚酞發生反應，使測定管內物質由藍變白。土壤氣CO2采用積累測定法，積累時間為24小時，所測得CO2含量為1天內測定孔中釋放的CO2重量（高小其）。寧河地震臺潛水位較低，土壤氣CO2裝置有1m露在地面之上，大氣環境對孔內溫度有很大影響，直接導致土壤氣CO2濃度數據與實際值偏差（龔永儉）。經討論分析，決定給CO2裝置加裝保溫，2018年6月1日安裝直徑40cm、1.3m高的聚乙烯水管，套在原采集管之上，填充珍珠巖保溫材料，發泡劑堵塞洞口，最后用粘結水泥固化。研究分析保溫前后CO2濃度數據，以驗證保溫的可靠性，從而獲得真實有效的數據。

2.2 保溫前后數據對比

每年7月和8月雨季時節，CO2觀測孔內進水，CO2可溶于水，導致觀測值低于日常值，不能真正反映測點CO2的釋放情況（錢淮云）。圖1為寧河地震臺近兩年土壤氣CO2測濃度、溫度和降雨量的數據曲線，表1為一周CO2濃度、溫度和降雨量數據，可以看出CO2濃度和溫度成正比關系，而雨季濃度測量值較低。因此選取1-5月份數據進行對比。

分別選取2018年和2019年1-5月溫度數據作日均值差分計算。其中2018年日均值一階差分為-7.0-5.0℃，5日日均值一階差分為-2.6-4.6℃，2019年日均值一階差分在-2.0-2.0℃，5日日均值一階差分為-0.8-2.1℃。見圖3、圖4。

對數據進行分析，保溫前后溫度受大氣環境影響明顯下降。

2.3 實驗結果

對保溫前后土壤氣CO2濃度數據進行對比分析，得出如下結論：

（1）管內溫度和土壤氣CO2濃度成正比關系，保溫前大氣環境溫度變化強烈時，土壤氣CO2濃度受影響較大，保溫后則無明顯變化。

（2）同靜海地震臺作對比分析，保溫前土壤氣CO2濃度差值變化幅度劇烈，保溫后土壤氣CO2濃度差值變化幅度較平穩。

（3）土壤氣CO2濃度受降雨變化影響嚴重。

3 結束語

對設備保溫后，溫度日觀測值差值變化幅度下降1-3℃，土壤氣CO2濃度受大氣環境溫度變化影響明顯減小。天津地區海拔較低，每逢雨季降雨造成土壤氣CO2設備進水，特別是連續降雨，嚴重時會積水至地表，此時土壤氣CO2無法觀測，如何排除降雨帶來的影響，需要認真探索和研究。如果能夠有效的解決降雨帶來的影響，將對天津地區的地震前兆監測工作發揮一定的作用。

參考文獻：

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[5]錢淮云，陳琦.江淮地區斷層氣CO2觀測初析[J].地震學刊，2001，21（3）：34-37.