DFG-Ⅱ型標準汞發生與控制裝置在地震監測中的應用

馬城城 汪世仙 柳 建 倪俊珺 李伸亮 袁 勇 劉澤民 胡婷婷 束克明

1）中國安徽 231511 安徽省廬江地震臺

2）中國合肥 231511 中國地震局測汞儀比測臺站3）中國合肥 230031 安徽省地震局

0 引言

在地震預測研究中，汞具有很好的映震效應。汞濃度的異常變化與地震活動在時空分布上也密切相關，根據汞濃度異常持續時間與異常分布范圍，可以進行震級和發震時間的預測。經過多年的觀測實踐以及室內模擬與野外觀測實驗，汞濃度作為繼氡濃度之后又一項水化學方面的重要地球物理指標，在地震短臨監測預測中逐步發揮作用（康春麗等，1999；車用太等，2006）。

目前，我國汞觀測臺網是地震地下流體4 大地球物理臺網之一。用于觀測逸出氣汞濃度的儀器主要有RG-BQZ、JM-4、ATG-6138M、DFG-B 型測汞儀，其中，以RGBQZ、ATG-6138M 型測汞儀為主（劉耀煒，2006）。在現有條件下，改善觀測環境，改進觀測技術，引進其他行業質量可靠、觀測技術符合地震行業需求的新儀器，提升地下流體汞濃度觀測儀器的技術指標，使汞濃度觀測在地震預測中發揮重要作用，是當前對汞濃度進行地震地球物理觀測的主要發展趨勢（郭麗爽等，2016）。

用于地震監測的汞觀測儀器由多個廠家生產，不同汞觀測儀的技術標準和使用方法不盡相同，有必要對不同型號儀器開展性能檢測工作，篩選出滿足地震行業需求的儀器。因此，建設一個既滿足儀器性能檢測的需求，又兼顧監測能力提升和監測方法探索的比測平臺很有必要（黃仁桂等，2019）。廬江地震臺測汞儀比測平臺的建設目的，就是為測汞儀提供儀器性能檢測、定型測試服務，規范入網儀器性能檢測標準，保障測汞儀觀測數據的準確性、穩定性及可靠性。平臺根據DFG-Ⅱ型標準汞發生與控制裝置可產出不同濃度汞蒸氣，對不同測汞儀進行精準度、重復性、穩定性和一致性檢測。

1 儀器

DFG-Ⅱ型標準汞發生與控制裝置是一套能夠連續產生任意濃度汞蒸氣的自動混合裝置，主要用于多臺測汞儀的校準與性能檢測，是為測汞儀提供比測與檢測標準的計量器具。該裝置具有標準汞氣自動配置及采集功能，無須人工手動操作，具有方便、安全、可靠的特點，可為測汞儀的校準及性能檢驗提供所需標準測量對象及儀器性能比測平臺。標準汞發生與控制裝置系統的主界面如圖1 所示。測量界面左側為裝置運行示意圖，右側為測量參數設置。裝置運行示意圖顯示飽和汞蒸氣、空氣、尾氣、混合模塊的參數、環境參數以及測量儀器的運行情況。

圖1 標準汞發生與控制裝置操作界面Fig.1 Standard mercury generation and control device operation interface

2 儀器工作原理及性能指標

DFG-Ⅱ型標準汞發生與控制裝置采用飽和汞蒸氣稀釋法將已知濃度的飽和汞蒸氣與除汞空氣按照計算比例進行混合，通過系統內校準儀器實時測定系統內的汞濃度，達到設定濃度之后，向各檢測儀器輸出穩定濃度的汞氣?；旌夏K用于將飽和汞蒸氣與空氣均勻混合至需求濃度后輸出至測量儀器。混合模塊的核心是體積60 L 的聚四氟乙烯密封腔體，腔體內安裝溫度、濕度、氣壓傳感器用于監測混合腔內的溫度、濕度、氣壓變化。裝置具有自動配置、多模式測量、全自動測量及尾氣安全處理等功能，還可以檢測環境溫度、氣壓與汞濃度之間的關系。系統關鍵器件均采用聚四氟乙烯材料，該材料不吸附汞蒸氣，不影響測量結果且無污染，裝置詳細性能指標見表1。

表1 DFG-Ⅱ型標準汞發生與控制裝置性能指標Table 1 The performance index of DFG-Ⅱ standard mercury generation and control device

3 儀器測試

廬江地震臺測汞儀比測平臺通過配置標準汞發生與控制裝置和不同脫氣—集氣裝置，主動模擬室內和野外不同的觀測環境，針對汞觀測系統的重復性、穩定性、一致性、適應性開展檢測與實驗工作。本文通過使用多臺已校準的ATG-6138M 測汞儀，圍繞DFG-Ⅱ型標準汞發生與控制裝置的穩定性、一致性等指標開展以下測試。

3.1 標準汞發生與控制裝置穩定性測試

儀器預熱后，依次設定目標濃度為10.0 ng/m3、50.0 ng/m3、150.0 ng/m3、200.0 ng/m3，每次濃度達到輸出標準后，記錄標準檢測儀器的測值，重復配置5 次，對比分析設定濃度與實際濃度偏差是否符合要求：濃度為0—99.0 ng/m3時，相對標準偏差不大于10.00%；濃度為100.0—200.0 ng/m3時，相對標準偏差不大于5.00%，測試數據見表2。

表2 標準汞自動發生裝置穩定性測試記錄Table 2 Stability test record of standard mercury generation and control device

由表2 可見，設定濃度為10.0 ng/m3、50.0 ng/m3時，相對標準偏差分別為7.03%、3.98%，均小于10.00%，符合技術指標要求。設定濃度為150.0 ng/m3、200.0 ng/m3時，相對標準偏差分別為1.77%、2.90%，均小于5.00%，符合技術指標要求。

3.2 標準汞發生與控制裝置與檢測儀器的一致性測試

待測儀器與標準汞自動發生裝置預熱完成并校準合格后，依次設定目標濃度為10.0 ng/m3、50.0 ng/m3、100.0 ng/m3、150.0 ng/m3、200.0 ng/m3，每次濃度達到輸出標準后，待測儀器開始檢測，每個目標濃度連續測量5 次，分析待測濃度的準確度，測試數據見表3。

表3 檢測儀器一致性測試記錄Table 3 Consistency test record of testing instrument

由表3 可見，待測儀器測量濃度為10.0 ng/m3、50.0 ng/m3、100.0 ng/m3、150.0 ng/m3、200.0 ng/m3時，其最大準確度為7.96%，符合儀器準確度小于10.00%的指標要求。

3.3 多臺檢測儀器的一致性測試

待測儀器與標準汞自動發生裝置預熱完成并校準合格后，依次設定目標濃度為10.0 ng/m3、50.0 ng/m3、100.0 ng/m3、150.0 ng/m3、200.0 ng/m3，每次濃度達到輸出標準后，待測儀器開始檢測，每個目標濃度連續測量5 次，分析待測數據的一致性，測試記錄見表4。

表4 標準汞自動發生裝置一致性測試記錄Table 4 Consistency test record of standard mercury generation and control device

由表4 可見，設定濃度為10.0 ng/m3、50.0 ng/m3時，相對標準偏差分別為0.21%、1.95%，均小于5.00%，符合技術指標要求；設定濃度為150.0 ng/m3、200.0 ng/m3時，相對標準偏差分別為3.27%、4.64%，均小于10.00%，符合技術指標要求。

4 結束語

通過標準汞發生與控制裝置穩定性測試、標準汞發生與控制裝置與檢測儀器的一致性測試、多臺檢測儀器的一致性測試可知，該裝置穩定性達標，可在地震行業儀器測試時使用。通過多次實驗發現，裝置須在（25±3）℃環境下工作，且裝置所處實驗室內空氣應不對流，但通風良好，若實驗室開啟或關閉空調、通風櫥等設備時，裝置必須開機預熱2 h，待環境溫度完全穩定后再開始測量。

目前，廬江地震臺測汞儀比測平臺還開展儀器設備檢定比測實驗，以及測汞儀模擬野外觀測實驗研究工作，并對不同類型測汞儀進行精準度、重復性、穩定性及一致性等檢測實驗。