P2000与SD-3A测氡仪串联平行观测分析

邱永平

（中国浙江315029宁波地震台）

P2000与SD-3A测氡仪串联平行观测分析

邱永平

（中国浙江315029宁波地震台）

为测试P2000测氡仪工作性能，利用宁波地震台ZK03井原气氡观测系统，将SD-3A型测氡仪排气管接入P2000型测氡仪进气口，2套仪器作串联并行观测。通过对1年观测数据整点值做相关系数分析，发现存在显著相关性。P2000型测氡仪具有自动扣除本底污染的功能，观测值平均仅为SD-3A仪约60%，但能记录到气氡潮汐现象，能真实反映地下流体中气氡的动态变化过程，认为可以在地震流体气氡连续观测中应用，只是收数软件需进一步改进。

气氡仪串联平行观测；P2000型测氡仪；SD-3A型测氡仪；对比分析

0 引言

1966年邢台地震以后，中国开展了以氡、汞为主的水文地球化学观测研究。早期氡观测主要是人工模拟水氡测试，观测仪器有FD-105（K）、FD-125等，20世纪80年代以来，特别是“九五”以后，使用数字化SD-3A型自动测氡仪进行气氡连续观测。经过近50年的发展，已初步形成通过观测水氡（李琼等，2012）、气氡(杨鼎鸿等，2011)、水汞、气汞的动态获取地震孕育、发生以及成灾过程中地球化学场变化的观测网络，在防震减灾工作中发挥着重要作用。

长期以来，受观测条件限制，地震流体观测主要以单手段为主，很少开展比测研究，观测资料的客观性和科学性无法验证（刘耀炜等，2006），特别是不同型号、不同测试原理的数字化地球化学观测仪器进行平行比测的案例更加少见。2011年中国地震局流体台网仪器优化改造项目组从国外引进新的地震流体前兆观测仪器P2000型测氡仪。该仪器由德国设计、法国制造，优点在于高稳定性和领先的算法①北京瑞恒联合科技有限公司，2010，德国SAPHYMO GMBH公司测氡仪ALPHGUARD系列中文操作手册。浙江省宁波地震台为全国首批8个试测台站之一，该台在气氡连续观测试验中，把P2000型与SD-3A型测氡仪（下述简称P2000和SD-3A）作串联平行观测记录，获得较理想的观测数据。

1 井孔及观测仪器

1.1 井孔概况

宁波地震台ZK03井在台站院内，1979年4月成井，井深83.06 m，井孔岩性为白垩纪紫灰色凝灰岩，地下水类型为山前补给基岩构造裂隙水，2个主要含水层在16.5—25.0 m和44.5—48.5 m处，水质属低矿化度HCO3—Ca型水，2014年日均自流量小于1 t，井口水温约17.9 ℃。

1.2 P2000型仪器特性

P2000使用先进的3D α谱脉冲电离室技术，具备高精度、高稳定性的优点，响应速度快，具有自动扣除本底污染的功能（在一个测量序列进行过程中，自动本底修正不工作，只有开始一个新的测量序列才工作）。量程范围2—200 000 Bq/m3，可每分钟或每10 min记录1个数据，可以连续记录。

1.3 SD-3A型仪器特性

该仪器以CPU89C52为控制系统，对氡进行全自动测量、显示、传输的智能化仪器，SD-3A的闪烁室采用创新技术，攻克ZnS(Ag)屏探测器不能在高温、高湿、高腐蚀环境下长期稳定测量的技术难题，从而拓宽应用范围，对溶解氡（自流井、泉）、土壤断层逸出氡均可定时定量稳定连续的自动长期监测（中国地震局，2001）。

2 测试方法及效率

2.1 测试方法

宁波地震台引进P2000仪进行氡气测量，为验证其性能，与SD-3A测氡仪进行对比观测试验。本次试验是利用宁波台原有气氡观测系统（邱永平，2014），在进水管中引入气泵输出气体，使集气室内进水，同时进行自动连续鼓泡，把水中气体脱出，及时有效地将脱出和集得的新鲜气体快速传送到观测仪器。为保证气泵输出的气体连续稳定，在输气管中接入玻璃转子流量计，控制气体流量，进行恒流鼓泡。将集气室出气口与SD-3A进气口连接，排气管接入P2000的进气口，从其出气口排气，即2套仪器作串联并行观测。SD-3A仪器设置为每60 min记录一个数据，P2000仪器设置为每10 min记录一个数据，2014年1—5月每月本底校正数据更改2次，6—12月每月本底校正数据更改1次。该气氡观测系统安装在井位下游约22 m处一间仪器专用观测室内，用20 mm不锈钢管道件引水连接井口与脱气—集气装置进水口（管道埋地），用直径8 mm、长度50 cm橡皮管连接集气室出气口与SD-3A仪器闪烁室进气孔。试验装置见图1。

图1 SD-3A与P2000脱气—集气装置连接Fig.1 The connection of SD-3A and P2000 degassing and gas collecting device

2.2 观测效率

如果按该井每天自流量1 t计算，从井口到集气室管道长22 m×20 mm（管道内径），体积约为0.007 m3，则管道内流水每天可更换约143次，即6次/小时，约10 min井口水就能自流到集气室内。玻璃转子流量计的空气流量设置为0.5 L/min，集气室内液面以上空间约1.5 L，则集气室内气体每3 min即可更换1次；而SD-3A仪器的闪烁室体积为0.37 L，闪烁室内气体每3 min不到可更换4次； P2000电离室体积为0.56 L，电离室内气体每3 min可更换2次以上，观测气体的及时性有了基本保证。

3 观测资料对比分析

3.1 全年曲线对比

对宁波台ZK03井2014年1—12月P2000仪和SD-3A仪气氡比测值进行对比，并分析当年降雨影响，见图2，其中P2000仪选取10 min值、SD-3A仪选取整点值。从图2可见，P2000和SD-3A仪的记录曲线形态相似，1—9月均趋势性上升，10月以后向下变化，与当年的降雨量变化较一致，说明测值的动态变化主要受降雨量影响，也就是受到井水流量的变化影响，流量增加，测值上升，反之测值下降。这是因为，井水流量太小，该脱气—集气装置没有控制进水量所致。通过对P2000与SD-3A仪整点值观测数据的相关系数分析，发现二者存在显著相关性。

图2 2014年宁波台ZK03井气氡测值与降雨曲线Fig.2 Hourly values of gas radon at ZK03 well and rainfall at Ningbo Seismic Station in 2014

从定量分析，P2000仪1—12月平均值为6.1 Bq/L，最大值出现在8月22日，为9.54 Bq/L，最小值出现在2月4日，为2.93 Bq/L，最大波动幅度达6.61 Bq/L，接近年平均值。SD-3A仪1—12月平均值为10.2 Bq/L，最大值（突跳点除外）出现在8月22日，为14.5 Bq/L，最小值出现在3月25日，为6.9 Bq/L，最大波动幅度达7.6 Bq/L，明显小于年平均值。

由测试结果可知，P2000仪年平均测值是SD-3A仪约60%，绝对差为4.1 Bq/L。这是因为，P2000仪有自动扣除本底污染的功能，而SD-3A无此功能，所以P2000测值更接近实际值。假设SD-3A仪的全年平均本底污染值为4.1 Bq/L，将最大和最小值扣除本底值，则分别为10.4 Bq/L和2.8 Bq/L，与P2000仪观测结果基本一致，说明SD-3A仪器闪烁室受到污染后，其本底值动态变化基本稳定。

3.2 干扰曲线对比

2014年4月P2000和SD-3A仪测值受到干扰，动态变化曲线见图3，从曲线变化可看出，在气路阻滞时，测值出现同步上升，排除后，同步恢复正常。

图3 2014年4月 P2000和SD-3A仪测值干扰动态变化曲线Fig.3 The dynamic curve of measured value interference of P2000 and SD-3A in April 2014

3.3 异常曲线对比

2014年9月P2000和SD-3A仪测值出现异常，动态变化曲线见图4。从图4可见，二者异常形态不完全相同，SD-3A仪测值以脉冲形式出现，P2000仪以持续相对高位形式出现，可能与2套仪器测试原理有关。P2000仪设置为每10 min记录1个数据，是10 min内内部计算因子的均值（气体连续流动），可以理解为10 min的平均值，而SD-3A仪是每个整点值的测值（测量时气路中断2 min）。因仪器时钟精度存在一定误差（＜3 min），2套仪器不可能同时测量。由于以上原因，异常形态一般不同。

图4 2014年9月P2000和SD-3A仪测值异常动态变化曲线Fig.4 The dynamic changes curves of the measured value anomaly of P2000 and SD-3A in Sep.,2014

3.4 日变形态曲线对比

2014年11月P2000和SD-3A仪测值不同日变形态典型动态变化曲线见图5。从图5可看出，P2000仪测值的日变动态清楚，即呈现规律的固体潮形态（邱永平，2015）（一般降水量较少季节，井水流量平稳，气氡测值动态清晰），图5中（c）图是11月7日—9日P2000仪固体潮形态放大曲线，SD-3A仪测值日变动态为随机波动形态。

图5 2014年11月P2000和SD-3A测值不同日变形态变化曲线Fig.5 The dynamic change curves of different diurnal variation of P2000 and SD-3 A measured value in November,2014

4 结论

（1）通过连续1年的串联平行观测试验，并对全年整点值数据进行相关系数分析，发现P2000与SD-3A仪记录的动态曲线存在显著相关性，2套仪器记录的观测资料的客观性和科学性得到相互验证。

（2）通过观测试验，发现国产SD-3A型测氡仪观测效果显著，仪器闪烁室受到污染后，其本底值动态变化基本稳定，对气氡浓度高低动态的波动程度响应速度较快。

（3）P2000型测氡仪具有自动扣除本底污染的功能，观测值平均仅为SD-3A型测氡仪的约60%，但能记录到气氡潮汐现象，更能真实反映地下流体中气氡的动态变化过程，认为可以在地震地下流体气氡连续观测中应用，但其收数软件与现行的“十五”地震前兆台网不一致，需要进一步改进。

李琼，秦嘉政，石绍先.云南水氡群体异常特征[J].地震地磁观测与研究，2012，33（5/6）：152-159.

刘耀炜，陈华静，车用太.我国地震地下流体观测研究40年发展与展望[J].国际地震动态，2006，（7）：3-12.

邱永平.气氡观测中的恒流鼓泡式脱气—集气装置研制与应用[J].内陆地震，2014，28（4）：335-340.

邱永平.P2000型测氡仪在气氡连续观测中记录的潮汐现象[J].中国地震，2015，31（1）：152-157.

杨鼎鸿，邓聪，程庆斌，林昊.宁德一号井气氡资料异常变化分析[J].地震地磁观测与研究，2011，32（1）：91-95.

中国地震局.地震及前兆数字化观测技术规范——地下流体观测（试行）[S].北京：地震出版社，2001：32-34.

Analysis on the radon series parallel observation data measured by P2000 type and SD-3A type instruments

Qiu Yongping
(Ningbo Seismic Station，Zhejiang Province 315029，China)

In order to test the performance of P2000 emanometer,using ZK03 wells gas radon observation system at Ningbo Seismic Station,connected exhaust pipe of the SD-3A radon detector of type exhaust pipe to type P2000 emanometer inlet,the series parallel observation of 2 sets of instruments experiment has carried out.Through the analysis of correlation coefficient on the whole point data of 1 year,it is found that there is signifi cant correlation between data from the two instruments.The P2000 emanometer has the function of automatically deducting ambient pollution.Its observations on average are only about 60% of SD-3A,but can record the gas radon tide phenomenon and can refl ect the dynamic change process of underground fl uid gas radon.The experiment shows that P2000 emanometer can be used in gas radon continuous observation of earthquake fl uid,while the data acquisition software need to be further improved.

gas radon apparatus series parallel observation，P2000 emanometer，SD-3A emanometer，comparative analysis

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.05.018

邱永平（1959—），男，高级工程师，长期从事地震监测工作

2015年度中国地震局“监测、预报、科研”三结合课题（编号：151101）

本文收到日期：2015-11-18