寶雞地區氣氡與模擬水氡觀測數據對比分析

楊耀龍 徐婉君 姬東姣 趙杰

摘 要：【目的】研究水氡與氣氡測項之間關聯性及異同。【方法】以寶雞上王流體臺與隴縣流體臺2015—2020年水氡與氣氡連續觀測資料為研究對象，分析同臺站不同測項、同測項不同臺站正常數據資料及異常曲線對比。【結果】結果表明，溶解水氡與氣氡無明顯的關系。在中強震前，臺站地震監測數據無明顯前兆異常現象。水氡受人為影響較大，而氣氡受集氣脫氣裝置管路堵塞影響較大。上王流體臺與隴縣流體臺溶解水氡年變化趨勢上都是典型的夏高冬低形態。而上王BG2015R型氣氡儀記錄到的氣氡年變形態則表現為夏低冬高形態，隴縣SD-3A氣氡儀記錄到的氣氡年變形態不是很明顯。【結論】目前還無法用一個有效的物理量建立溶解水氡與氣氡之間的關系，溶解水氡與氣氡無明顯的關系。

關鍵詞：氣氡；觀測數據；溶解水氡；對比分析

中圖分類號：P315.7? ? ? 文獻標志碼：A? ?文章編號：1003-5168（2024）03-0102-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.03.021

Observation Data of Gas Radon and Simulated Water Radon in Baoji Area

YANG Yaolong1 XU Wanjun2 JI Dongjiao1 ZHAO Jie1

（1.Baoji Central Seismological Station，Shaanxi Eaethquake Administration，Baoji 721000，China;2.Kaifeng Earthquake Prevention， Disaster Reduction and Relief Center， Kaifeng 475000，China）

Abstract： [Purposes] This paper aims to study the correlation， similarities and differences between water radon and gas radon measurements. [Methods] Taking the continuous observation data of water and gas radon from Baoji Shangwang Fluid Station and Longxian Fluid Station from 2015 to 2020 as the research object， this study analyzes the comparison between normal data and abnormal curves of different observation items in the same station and the same observation items stations in different stations. [Findings] The results show that here is no obvious relationship between dissolved water radon and gas radon.Before moderate to strong earthquakes， there were no obvious precursor anomalies in the seismic monitoring data of the station. Water radon is greatly affected by human activities， while gas radon is greatly affected by pipeline blockage in gas gathering and degassing devices. The annual variation trend of dissolved water radon in the Shangwang and Longxian fluid stations is typical of high in summer and low in winter. The annual deformation of gas radon recorded by the Shangwang BG2015R gas radon instrument shows a low summer and high winter shape， while the annual deformation of gas radon recorded by the Longxian SD-3A gas radon instrument is not very obvious. [Conclusions] At present， it is not possible to establish a relationship between dissolved water radon and gas radon using an effective physical quantity， and there is no obvious relationship between dissolved water radon and gas radon.

Keywords： gas radon; observation data; radon in dissolved water; comparative analysis

0 引言

地震是指地殼中巖石突然破裂，短時間內釋放巨大能量的自然現象。在實際地震監測中，儀器不僅會記錄到地震信息，也會記錄到背景噪聲。如何及時有效區分地震前兆異常和非地震異常，是臺站觀測資料分析的重要內容。曹董軍等［1］利用海東地區的流體觀測資料分析了強震前的異常特征，研究表明，青海東部地區的流體在地震前趨勢性異常不顯著，短期異常特征較為明顯。研究認為，在地震孕育的中短期階段，震源區及外圍敏感區地殼巖石在區域應力作用下，會使含水巖體產生彈性形變，改變含水（氣）層，因而產生了地下流體緩升或緩降型趨勢的異常。

地下流體動態分為正常動態和異常動態，地下水氡濃度快速變化時，出現的異常動態與地震前地下巖石突然破裂有關。一段時間以來，全球氡觀測都以地下水溶解氡濃度觀測為主，由于水的溶解度有限，該觀測手段不能有效地測量地下深處氡濃度變化。而采用水氡和氣氡同時進行觀測，能夠彌補水氡受人為因素影響大，以及氣氡因集氣脫氣裝置影響觀測結果等不足，有可能更好地捕捉到地震前兆異常。寶雞上王流體臺和隴縣流體臺是少有的同時具備觀測溶解水氡和逸出氣氡的臺站。上述臺站架設有FD-125氡釷分析儀和SD-3A數字化測氡儀或新型BG2015R測氡儀，在對地球物理資料進行分析研究時，通過同臺站不同測項，相鄰臺站同測項，出現短臨異常時相鄰臺站同測項觀測曲線對比等方式，提高了對氡正常動態規律的認識和短臨異常的捕捉。

數字化觀測技術的誕生增加了更多捕捉地震異常的可能。新型BG2015R儀器觀測精度較高，受人為因素影響小，但該儀器在每年6月標定校準時，會產生臺階，由于集氣脫氣管路堵塞影響較大，無人臺站地處偏遠，周圍植被覆蓋率高，昆蟲尸體、樹葉等形成的絮狀物經常會對觀測數據產生巨大干擾，目前還無法找到一種可靠的辦法消除這一干擾，這也增加了值班人員對地震異常與非震異常的判定難度。格爾木井數字化氣氡與模擬水氡觀測的變化趨勢、均值變化有一定的一致性，脫氣裝置是實現氡數字化觀測的重要基礎環節，對于獲取真實可靠的觀測結果具有重要作用［2］。

在某一測點，從溶解性的角度看，水溫影響要大于氣壓影響，水溫越低，氣氡數值越小，水溫高，氣氡數值越大。氣氡濃度的大小與體積百分比濃度有關，與溫度關系密切［3］。高守全等［4］的研究表明，氣溫越高，氣氡數值越高；氣壓越高，氣氡數值越低。而氣溫、氣壓對水氡測值影響不大，但受地表徑流、短時強降雨影響明顯。王康等［5］利用平涼地震臺的氣氡與溶解氡濃度數值為研究對象，在氣溫、氣壓上行和下行內分別計算氡濃度與兩者的相關系數，結果顯示，氣溫和氣壓對溶解水氡和氣氡濃度的影響明顯，并存在以下特征：在相關性分析中，溶解氡濃度與氣氡與氣溫呈正相關，與氣壓呈負相關。

1 臺站概況

寶雞上王流體臺和隴縣流體臺同屬于渭河斷陷盆地西端，在區域構造上歸屬隴西旋卷構造體系向東南延伸部分，構造運動強烈，地震活動頻繁，近20年陜西發生的中小地震50%都集中在該區，該區域在1704年發生過隴縣6級地震，而臺站所處的隴縣—寶雞斷裂帶位于青藏塊體東北緣，屬于鄂爾多斯塊體西南緣弧形斷裂束的最南段［6］。上王咸水渠泉和隴縣珍珠泉都屬于上升泉，觀測資料連續可靠，能較靈敏地捕捉六盤山斷裂帶上孕震過程中地下深部地球化學場的變化信息。本研究以這兩個人為干擾小、臺站周圍背景噪聲小的臺站為研究對象，能較靈敏地反映北西構造帶上孕震過程中地下深部地球化學場的變化信息，對監測和研究該區域氡值變化及地震前兆具有重要價值。

1.1 上王流體臺

上王流體臺位于陜西省寶雞市陳倉區縣功鎮趙家河村，地理坐標為東經106.959°、北緯34.556°，海拔高程為1 050 m，占地面積約為2 670 m2。該臺位于寶雞市西北方向—陳倉區縣功鎮南關村（趙家河自然村）。在區域構造上位于鄂爾多斯塊體西南緣與青藏塊體東北緣交會區，距離危險區南北地震帶約300 km，運動頻繁的構造帶是咸水渠泉發育形成的主要因素。近20年來，該區中小地震活動頻繁。10 km范圍內無100萬m3以上的水庫，周圍無場地環境干擾，地處偏僻，主要受雨季洪水影響。

1.2 隴縣流體臺

隴縣流體臺位于陜西省寶雞市隴縣柴家洼村。地質構造處在岐山馬召斷裂帶上，隴西系旋卷構造通過該地區，構造運動強烈，地震活動頻繁。隴縣流體臺在區域構造上屬隴西旋卷構造體系向東南延伸部分，主要斷裂有NNW向固關—虢鎮斷裂、NWW向岐山—馬召斷裂、NNW向桃園—龜川寺斷裂。近20年陜西發生的中小地震50%都集中在該區。該站臺珍珠泉位于豐收水庫西北向，是天然出露的溫泉，水溫常年保持17 ℃以上。該地溫泉以群泉方式出露，出水量大，是豐收水庫主要補給源和隴縣自來水公司的供水水源。臺基出露為震旦系白云母灰質巖，泉北側地形陡峭，泉水出露于NNE向沖溝北側，屬風化裂隙上升泉。該臺泉點周圍噪聲背景小，人為干擾因素少，水源條件好，觀測資料連續可靠。

2 數據分析

2.1 同一臺站不同測項觀測數據對比分析

水氡觀測的對象是地下水中自由逸出氡氣與經人工脫氣產出的水中全部溶解氡氣量，而數字化氣氡觀測的對象是地下水中自由逸出氡氣量［7］。

上王與隴縣流體臺測氡儀和FD-125氡釷分析儀篩選完有效數據后，日值動態曲線對比如圖1至4圖所示。比較后可以發現，兩套儀器記錄的曲線都有清晰的年變形態，FD-125氡釷分析儀測得的溶解氡濃度曲線形態表現為夏高冬低形態，而BG2015R測氡儀由于每年6月標定會產生巨大臺階，造成數據階躍，年變形態呈現出夏低冬高形態，年變形態清晰。SD-3A測氡儀年變形態不太明顯，可能與SD-3A測氡儀年久老化有關。結合2015—2020年度觀測數據資料分析來看，氣氡與溶解氡濃度并沒有相關性，目前也沒有量化的指標可以證明氣氡與溶解氡濃度有何關系。研究者會在后續觀測中進一步尋找氣氡與溶解水氡之間的聯系。

2.2 不同臺站同一測項觀測數據對比分析

提取上王流體臺與隴縣流體臺2017年6月18日至2018年6月4日氣氡數據，繪制氣氡日值圖（圖5至圖6）后發現，在數據正常時，上王流體臺BG2015R測氡儀年變清晰，呈典型的夏低冬高曲線形態，年變幅約40 Bq/L。隴縣SD-3A氣氡儀由于儀器老化，觀測效能降低，沒有清晰的年變曲線形態，觀測結果可信度沒有BG2015R的高，但兩臺儀器連續性較好，能夠提供穩定可靠的地震觀測資料。

2.3 異常曲線對比

2020年10月29日18時至11月1日11時，寶雞隴縣流體臺SD-3A自動測氡儀連續3日出現長時間逸出氡濃度測值低于正常值現象。對比相鄰臺站上王氣氡并未有同步效應（圖7、圖8）。經工作人員仔細查看，管線密閉無漏氣現象。隨后，工作人員對脫氣過濾裝置進行清理疏通后，異常逐漸消失。經過一系列排查排除，認定該異常是由觀測系統進氣口端過濾裝置氣路不暢所引起的。由集氣脫氣裝置引起的曲線階躍變化在日常觀測中最為常見。

3 結論與討論

①本研究以寶雞上王流體臺與隴縣流體臺2015—2020年水氡與氣氡連續觀測資料為研究對象，通過分析同臺站不同測項、同測項不同臺站數據資料及異常曲線對比，結果表明，目前還無法用一個有效的物理量建立溶解水氡與氣氡之間的關系。

②2015—2020年，寶雞上王流體臺與隴縣流體臺在周邊中強震前，無明顯前兆異常，未出現破年變高值低值異常。這可能與臺站周邊發生中強地震事件相對較少，臺站所在區域構造環境有關，寶雞上王流體臺和隴縣流體臺都處于鄂爾多斯穩定的地塊內，地震事件稀少。

③上王流體臺與隴縣流體臺溶解水氡年變化趨勢上都是典型的夏高冬低形態。而上王BG2015R型氣氡儀記錄到的氣氡年變形態則表現為夏低冬高形態，隴縣SD-3A氣氡儀記錄到的氣氡年變形態不是很明顯。

參考文獻：

［1］曹董軍，達哇文毛.青海東部流體異常在中強震前的特征分析［J］.高原地震，2013（4）：21-25.

［2］李延峰，朱勝偉，謝慶和.格爾木井模擬水氡與數字化氣氡觀測資料的對比分析［J］.華南地震，2012（1）：60-63.

［3］王軍燕，張立紅，葉媛媛.數字化測氡與模擬水氡的觀測異同性對比分析［J］.甘肅科技，2018（19）：65-67.

［4］高守全，趙剛，薛生瑞，等.夏縣地震臺氣氡、水氡測值一致性及干擾因素分析［J］.內陸地震，2019（4）：345-346.

［5］王 康，姚玉霞，李松林，等.氣溫氣壓與氡濃度短期變化的相關性分析［J］.華南地震，2018（3）：92-98.

［6］劉潔，李營，陳志，等.隴縣—寶雞斷裂帶CO2氣體地球化學特征及成因［J］.地震研究，2022（4）：24-25.

［7］朱方保，金艷，束克明.淺析數字化氣氡與模擬水氡的差異性［J］.防災科技學院學報，2007（9）：48-51.