泉点改造对山西定襄七岩泉水氡影响

郭 宇高文玉刘俊芳刘金柱郭宝仁王晓霞，

1）中国山西035403定襄地震台

2）中国山西030025太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站

3）中国山西033300离石中心地震台

泉点改造对山西定襄七岩泉水氡影响

郭 宇1），2）高文玉1），2）刘俊芳1），2）刘金柱1），2）郭宝仁1），2）王晓霞2），3）

1）中国山西035403定襄地震台

2）中国山西030025太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站

3）中国山西033300离石中心地震台

2014年定襄七岩泉泉点改造后，水氡含量大幅下降，通过分析排除各类干扰因素，进行对比观测认为，此次定襄七岩泉水氡浓度下降可能因泉点改造后取样口不密封所致。

泉点改造；水氡；干扰；密封

0 引言

连续观测地下水中氡含量的变化，有可能捕捉到地震孕育与发生的信息。国内外的岩土破裂氡射气变化的实验观测结果，和为数不少的水氡震例，证明水氡是映震效能较强的地下流体测项（孔令昌等，2007）。定襄七岩泉水氡具有典型的夏高冬低型年动态，是一个观测质量好、信度高、映震能力好的地震前兆观测项目。2014年8月定襄地震台对七岩泉点进行改造，之后水氡出现大幅下降变化，是否受泉点改造影响所致，本文将对此进行分析。

1 观测背景

定襄七岩泉（以下简称定襄泉）为天然自流泉，1979年开始进行水氡含量观测。定襄泉位于山西省定襄县茶房口村东南山谷西侧，地处系舟山断裂带，该断裂走向NE，倾向NW，为本区主要活动断裂。定襄泉地下水化学类型为HCO3—Ca型水，属寒武纪灰岩、喀斯特裂隙溶洞水，含水层上部为中奥陶统（O2）富水灰岩，下部为相对隔水的下奥陶统（O1）泥质灰岩。目前定襄泉采用FD-125氡钍分析器进行水氡观测，设有气温、气压、水温、流量、鼓泡水温、降雨量等辅助观测项目。定襄泉水氡观测数据连续、可靠，水氡年变规律明显，年正常动态呈夏高冬低型（范雪芳等，2011）。由2004—2006年观测日值曲线（图1）可见，水氡观测值在每年1—9月上升，10月以后迅速下降。

图1　2004—2006年定襄泉水氡观测日值曲线Fig.1 The water radon daily value of Dingxinag spring from the year 2004 to 2006

2 干扰因素

据范雪芳等（2007）、张文男等（2014）的研究，定襄泉水氡受气温、流量及降水量影响，且在一个水文年内，不同时期有其主要影响因素。

2.1 气温干扰

定襄泉水氡每年1—6月受气温影响较大。据张炜等（1988）研究认为，气温引起水氡值变化的机理是水气对流作用。定襄泉为下降泉，出露部位的包气带岩层较厚。每年春季气温和表层地温上升，岩层上层地温较高，致使气流自上而下流动，导致附着在岩石裂隙中的氡气脱离裂隙，随气流流动，被未饱和的裂隙水吸收，从而使水氡含量增大。2011—2012年水氡与气温变化对比关系见图2，可见定襄泉水氡随气温变化而产生相应变化，且因气温与岩石温度有一定时间差，水氡变化相对滞后。

图2　定襄泉2011—2012年水氡、 气温变化对比关系Fig.2 The water radon，air temperature daily values of Dingxiang spring from the year 2011 to 2012

2.2 降雨和泉水流量干扰

定襄泉水氡多年动态变化与泉水流量关系密切。每年夏秋季，由于降雨渗入补给，使泉水流量急剧上升，水氡值也随流量增加而变化。主要存在两种情况：①流量增大，氡值增大。主要原因是：降雨将岩石裂隙中的氡气及母体析滤到水中，增加了溶解氡的含量，从而引起水氡突发性上升，见图3（a）；②流量增大，氡值减小，主要是由于降雨的淡化作用所致（范雪芳，2011）。当1年内累计降水量超过一定阈值时，低氡含量的雨水从泉口周围渗入，与地下水混合，水氡含量减小；随着降雨量的增加，岩石裂隙中的氡气逐渐淡化，析滤的氡气少了，地下水中的氡含量相应减少。可见，随着降雨量的增多，水氡浓度减小［图3（b）］。

图3　定襄泉水氡、流量、降雨量对比关系（a）2010—2012年；（b）2015年Fig.3 The water radon，flux and rainfall daily values of Dingxiang spring

3 泉点改造影响

3.1 泉点改造

定襄泉水化采样点至出水口的引水管道为陶瓷制品，因年久破碎，布满裂缝，树根、草根经管道裂缝进入管内生长，使管道处于半堵塞状态，部分泉水通过管道裂缝外流，下雨时地表水通过裂缝进入管内，影响水氡观测，于2014年8月22日—9月16日对水化采样点进行改造，将通水管道更换为密封性较好的PE管道，降雨时地表水无法混入管内，出水口泉水流入管内，流量增大2/3。

3.2 改造前后氡含量对比

选取泉点改造施工前与改造完成后各10天的水氡观测数据进行对比，发现施工前定襄泉水氡含量约41—47 Bq/L，改造后约30—33 Bq/L，降幅达40%（表1）。

表1　定襄泉点改造前后氡含量对比Table 1 Water radon content comparison table before and after the spring point transformation of Dingxiang

3.3 自然环境影响分析

收集整理定襄泉点改造前后2014—2015年气温（日均值）、泉点流量（日值）、降雨量（日总量）资料，绘制水氡、气温日值对比曲线及水氡、流量、降雨量日值对比曲线（图4），分析泉点改造对水氡含量观测值的影响。

由图4可见：①2014年、2015年气温变化基本一致，2015年8—9月定襄泉水氡含量变化平稳，说明2014年泉点改造后水氡大幅下降非气温影响导致；②定襄2014年和2015年降雨总量分别为388.8 mm、471.3 mm，2015年水氡含量受降雨及流量影响不大，基本保持平稳变化；2014年泉点改造后，泉水出水口流量增大，且降雨时地表水未混入管内，水氡含量应该上升，说明泉点改造后定襄泉水氡含量大幅下降不是降雨和流量影响所致。

图4　2014—2015年定襄泉气温、水氡、流量、降雨量对比曲线Fig.4 The water radon，air temperature，flux and rainfall daily values of Dingxiang spring from the year 2014 to 2015

3.4 改造前后水源处水氡含量对比

2015年9月4日—5日，由于施工改造无法在定襄泉取样口取样，故在水源处采样观测。泉点改造完成后，因定襄泉水氡含量下降，于2015年10月27日在水源处和取样口分别采样进行对比观测。按照《地震水文地球化学观测技术规范》要求，观测室温度保持在15℃—25℃，相对湿度不超过80%，为减小误差，由专人定时、定位采用扩散器负压法采样，同时观测流量、水样温度及气温。表2为改造前后不同采样点水氡含量对比结果，对比表1结果可知：泉点改造前后，水源处水氡含量变化不大（下降幅度约3 Bq/L），取样口水氡含量下降幅度较大，超过20 Bq/L。

表2　泉点改造前后不同采样点水氡含量对比Table 2 Different sampling points around（before and after） the spring point transformation of the water radon content comparison table

3.5 取样口水氡大幅下降原因

从表1、表2可以看出，改造前后水源处水氡含量基本一致，且明显高于改造后室内取样口的水氡含量，可见水氡含量下降不是地震前兆异常。排除自然环境影响，水氡含量下降可能由以下几个原因造成。

（1）溶解在水中的氡随着距离的增加会损失一部分，水源处与取样点仅相距20 m，根据以往经验，如此短的距离水氡含量不可能衰变16 Bq·L-1之多。

（2）引水管道更换为PE管道，可能会吸附一部分氡，过程较短，氡的吸附与脱附很快保持平衡。至2015年，定襄泉水氡含量仍然保持低值水平，说明下降变化不是PE管道吸附所致。

（3）定襄泉改造前后出水口照片见图5，可见：改造前管道出水口没入水池，出水口处密封，水氡不会扩散，取样口与水源处的水氡含量相差不大；改造后管道出水口在水池上方，出水口处不密封，氡气可能从管道出水口处扩散，从而导致定襄泉水氡含量大幅下降，取样点与水源处观测数值相差较大。

图5　定襄泉改造前后取样口对比Fig.5 Sampling comparison picture before and after transformation for Dingxiang spring

4 结论

通过对定襄七岩泉水氡干扰、泉点改造影响进行分析，可以得到以下结论：多年观测资料表明，定襄七岩泉水氡含量主要受气温、降雨干扰，2014年定襄气温曲线形态与往年一致，且降雨量并非历年较多年份，说明泉点改造后水氡含量大幅下降非气温和降雨所致；泉点改造后，引水管道出水口不密封，导致氡气扩散，可能是定襄七岩泉水氡含量大幅降低的关键因素。

范雪芳，高文玉，李慧玲，等.山西定襄七岩泉水氡异常变化分析［J］.山西地震，2011，（3）：7-12.

范雪芳，马朝晖，赵文星，等.定襄泉水氡正常和异常动态特征及其相互关系的研究［J］.地震，2007，（2）：112-120.

孔令昌，王桂清，车用太，等.地震地下流体理论基础与观测技术［M］.北京：地震出版社，2007：131.

张炜，王吉易，鄂秀满，等.水文地球化学预报地震的原理与方法［M］.北京：教育科学出版社，1988：117- 119 .

张文男，黄春玲，高振强.夏县地震台热水井溶解水氡干扰因素分析［J］.地震地磁观测与研究，2014，35（1）：205-208.

Abstract

After reconstruction of Qiyan spring at Dingxiang，Shanxi Province in 2014，radon content in water decreased significantly.Through the analysis of various kinds of interference factors，making comparative observation，this falling of radon concentration in water of Qiyan spring at Dingxiang may be affected by the unsealed sampling after the reconstruction.

The impact of spring transformation on water radon of Qiyan spring at Dingxiang，Shanxi Province

Guo Yu1），2），Gao Wenyu1），2），Liu Junfang1），2），Liu Jinzhu1），2），Guo Baoren1），2）and Wang Xiaoxia2），3）
1） Dingxiang Seismic Station，Shanxi Province 035400，China
2） National Continental Rift Valley Dynamics Observatory of Taiyuan，Shanxi Province 030025，China
3） Lishi Seismic Central Station，Shanxi Province 033300，China

transformation of the spring，water radon，interference，seal

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.03.009

郭宇（1990-12—），女，助理工程师，2012年毕业于忻州师范学院计算机科学与技术专业，从事地震前兆观测工作