辽阳FD-105K与FD-125水氡观测仪对比分析研究

吴建霆，李 俏，杨晓东，张 丽，底欣欣，张志宏

（1.辽阳地震台，辽宁 辽阳 111002；2.辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

辽阳FD-105K与FD-125水氡观测仪对比分析研究

吴建霆1，李 俏2，杨晓东2，张 丽2，底欣欣2，张志宏2

（1.辽阳地震台，辽宁 辽阳 111002；2.辽宁省地震局，辽宁 沈阳 110034）

通过对辽阳地震台汤河冷泉2014年4月以来的两套水氡观测仪对比观测数据进行分析研究。结果表明两套仪器产出的数据具有长周期趋势上的同步性变化特征，氡值均具有明显夏低冬高的年变规律，月均值相关性参数计算也表明两套数据具有高的相关性，但氡值的数值差却存在比较明显的差异。综合分析认为，FD-125水氡观测仪暂不能完全取代FD-105K水氡观测仪，还需要经过长时间的对比观测才能定论，最好能有震例进行检验。

FD-105K；FD-125；水氡观测；相关性；辽阳地震台

0 引言

水文地球化学作为预报地震的一种有效手段已被地震学界所公认[1]。我国从1966年3月邢台大地震之后便开始了地下流体地球化学预报地震的科学探索工作，建立了世界上最大规模的地震地下流体水化监测台网[2]。到目前为止，水文地球化学观测无论在理论探讨还是在实验研究上都取得了明显的进展[1]，而水文地球化学观测中水氡观测一直是地震预报的主要内容之一，且在长达几十年的观测过程中，在很多地震前水氡均出现了显著的地震前兆异常，很好的经历了中强以上地震的检验。

辽阳地震台水氡观测始于1974年，观测至今不仅在观测数据的稳定性和可靠性方面均达到了预报指标的要求，而且在辽宁地区地震的预报过程中起到了十分重要的作用。1975年海城MS7.3地震的成功预报过程中，辽宁地区水氡观测起到了很大的作用，包括盘锦水氡、金州水氡以及本台的辽阳水氡在震前均出现了明显的高值异常变化，对地震的地点和发生时间的判定起到了非常大的作用。辽宁地区水氡自开始观测以来，普遍采用FD-105K水氡观测仪进行观测，经过了几十年的发展，由于目前存在厂家停产、仪器老化等问题，同时随着科技的飞速发展，地震预报领域对前兆监测域数据的数字化分析方法越来越多，这就对观测仪器与产出数据提出了新的要求。对于上述存在的一系列问题，辽宁省地震局于2014年4月21日对辽阳汤河水氡观测点新增FD-125仪器进行对比观测，目的在于打算在以后的监测过程中将FD-125水氡观测仪代替原来的FD-105K水氡观测仪进行水氡观测。对比观测至今已超过两年，本文主要将两套仪器两年多时间产出数据进行对比分析，以此来讨论FD-125水氡观测仪取代FK-105K水氡观测仪进行地震水氡监测的可行性。

1 台站观测条件概况

辽阳地震台处于华北地台东部，辽东隆起次一级构造单元太子河凹陷的西段，台站地处辽阳向斜，该向斜全长12km，核部为上寒武统，两翼由中、下寒武和震旦系组成。由于辽阳至本溪之间以辽阳莲花状构造为主体，致使台址东南山区地质构造十分复杂。台基岩性为寒武系下统灰岩，灰岩节理发育且较破碎，遭风化剥蚀作用较强烈。辽阳汤河冷泉水氡观测点位于辽阳市汤河镇柳河汤村，构造上位于太子河断裂北西方向约590m。太子河断裂为一条出露地表的北东走向、北西倾向的高角度正断层，全长约90km，该断裂历史上在1970年至2008年4月共发生不小于ML1.0级地震645次，最大地震为1974年葠窝4.8级地震，以震群活动为主，略呈NE向条带分布[3-4]（图1）。

图1 辽阳水氡观测点地质图Fig.1 Geological map of water radon station in Liaoyang

辽阳汤河冷泉水氡观测点为一上升泉，泉水循环较深远，泉水从基岩（灰岩）裂隙中涌出，日流量达2400m3，年变幅为±100m3，水温在12℃左右，年变化在±2℃之间。汤河冷泉于1974年开始观测，1976年至1991年因观测仪器和观测人员等原因停测，1992年开始再次复测，该泉水水氡变化值较稳定，映震效能较好，其中2013年1月23日辽阳灯塔MS5.1级地震前该观测点水氡曾出现显著临震异常变化（图2）。由于该泉的自然环境受到政府的有效保护，可用于长期的地震观测。

图2 灯塔5.1级地震前辽阳汤河水氡异常变化Fig.2 Variation in the anomaly of radon in Liaoyang before the 5.1 earthquake of Dengta

2 对比观测分析

辽阳冷泉水氡观测点自观测以来，一直使用FD-105K水氡观测仪进行观测，观测值为日均值，观测方式为每天上午7:00—9:00在冷泉取水样进行观测，观测数据值稳定，1999年以来氡值稳定在13～40Bq/L之间变化，且氡值具有比较明显的夏低冬高的年变规律（图3）。

2014年4月辽宁省地震局在该观测点新增了FD-125水氡观测仪，同年4月21日新增的FD-125水氡观测仪与FD-105K水氡观测仪进行对比观测，截止目前FD-125水氡观测仪已积累了约两年半的观测数据。从FD-125水氡观测仪观测数据可以看出，虽然观测时间比较短，但数据变化形态比较平稳，基本稳定在8～35Bq/L之间变化，且数据长期趋势变化与FD-105K水氡观测数据具有相似的动态特征，即同样具有夏低冬高的年变特征，从数据形态上可以看出，两套仪器产出数据的相关性较好（图3）。

为了进一步对比分析两套仪器的观测数据，对两套仪器2014年以来的数据进行同轴曲线绘图，如图4所示。从图4上可以明显看出两套观测仪器观测数据具有同步性变化一致性特征，但同时也存在一个比较明显的差异变化，即两套仪器的数据差值较大，FD-105K观测数据要高于FD-125观测数据，平均在每年的4—10月两套仪器观测数据差值较小，而在每年的冬季尤其是12月份左右，两套仪器的差值更加明显。为了更加明显的显示出这一特征，本文将2014年4月至2016年11月FD-105K和FD-125两套测氡仪的月均值进行比较，同时将两套数据进行差值计算，将计算得到的差值数据与两套观测数据进行作图（图5）。从图5可以更加明显的看出两套数据的同步变化情况以及两套数据的差值情况，差值也具有夏低冬高的现象，更加明显地说明两套仪器夏季产出的差值相对较小，而冬季则差别较大，但趋势变化具有一致性的的原因。而造成这种差异性的原因，可能是由于仪器自身的设计原理、结构以及标定等存在差异造成的。

图3 FD-105K与FD-125水氡观测数据日均值变化曲线Fig.3 Curves of daily mean value for radon observation datas between FD-105K and FD-125

图4 FD-105K与FD-125水氡观测数据日均值同轴变化曲线Fig.4 Curves of Coaxial for radon observation datas between FD-105K and FD-125

图5 汤河水氡月均值及差值曲线图Fig.5 Monthly mean values and difference for water radon in Liaoyang

从图5可以明显的看出两套水氡观测仪器的同步变化一致性，为了进一步对两套水氡观测仪器的对比观测数据进行相关性分析，本文对FD-125和FD-105K两套水氡观测仪2014年4月以来的月均值数据进行相关系数计算（表1）。计算结果显示：2014年两套仪器的月均值的相关系数为0.889，2015年两套仪器的月均值的相关系数为0.984，2016年两套仪器的月均值相关系数为0.915，2014年4月至2016年11月两套仪器的月均值的相关系数为0.893。相关系数的计算结果显示，以上计算得到的相关系数均接近于1，说明两套仪器自对比观测以来，产出的数据具有很好的相关性。

通过对2014年4月份以来辽阳汤河冷泉水氡观测点FD-125水氡观测仪与FD-105K水氡观测仪对比观测的数据进行分析。可以得出，两套仪器观测至今水氡数据的变化动态同步性较好，氡值均具有明显的夏低冬高年变规律，且具有明显的正相关性，同时也存在一定的差异性变化，FD-105K水氡观测仪测得的氡值要明显高于FD-125仪器的水氡测值，冬季更加明显。结合目前两套仪器产出的数据进行对比分析的结果认为：就数据趋势变化特征而言，FD-125水氡观测仪可代替FD-105K水氡观测仪；但就产出氡值的数据大小而言，两套仪器产出的氡值数据还存在比较明显的差异，且目前而言对比观测时间还相对较短，FD-125水氡观测仪还暂不能完全代替FD-105K水氡观测仪进行水氡观测。地震前兆监测是地震预报与防震减灾重要的一部分，需要具有完全的科学合理性才能进行替换。因此，就辽阳汤河冷泉水氡观测而言，对于FD-125能否取代FD-105K水氡观测仪的问题，笔者认为还需要再经过一段时间的对比观测才能定论，最好能有震例进行检验。

表1 两套仪器月均值数据

3 结论

通过对辽阳地震台汤河冷泉水氡FD-105K和FD-125水氡观测仪进行对比分析，得出如下几点结论：

（1）数据对比结果显示，两套仪器产出氡值数据在长周期趋势上具有同步性变化特征，氡值均具有明显的夏低冬高的年变规律，相关性较好，然而两套仪器氡值的数值变化却存在比较明显的差异，FD-105K水氡观测仪器测得的氡值数据要明显高于FD-125水氡观测仪器测得的氡值数据。

（2）对两套仪器自对比观测以来的月均值数据进行分析，结果表明两套仪器的月均值数据具有高度的同步性变化。两套仪器的相关系数计算结果显示，2014年两套仪器月均值的相关系数为0.889，2015为0.984，2016年为0.915，2014年4月至2016年11月两套仪器的月均值的相关系数为0.893，相关系数均接近于1，说明产出的数据具有很好的正相关性。

（3）就辽阳汤河冷泉水氡观测而言，虽然两套观测仪器同步性变化较好，但同时也存在一定的比较明显的差异性且对比观测时间还相对较短，因此，对于FD-125能否取代FD-105K水氡观测仪的问题，笔者认为还需要再经过一段时间的对比观测才能定论,最好能有震例进行检验。

[1] 张炜，史勇，张平. 地下水中逸出气氡的研究—水化地震前兆新项目探索[J]. 中国地震， 1992, 01: 20-27.

[2] 杜建国, 康春丽. 地震地下流体发展概述[J]. 地震，2000，S1: 107-114.

[3] 雷清清，廖旭，董晓燕. 辽宁省地震构造研究[J]. 东北地震研究，2008， 04:1-10.

[4] 雷清清，廖旭，董晓燕，等. 辽宁省主要活动断层与地震活动特征分析[J]. 震灾防御技术, 2008，02: 111-125.

Abstract:Comparative analysis and study on FD-105K and FD-125 for Radon observation in groundwater in Liaoyang science April 2004. The results show that the value of Rn both FD-105K and FD-125 had the same trend of the change in long period and tendency. Besides, there had the same rule of annual variation which the value of Radon are higher in winter and lower in summer. The correlation coefficient of monthly mean values of Radon also indicates that the data of the two sets of instrument have the very good relevance.But the difference of the two dates are far from expectation. So we think that the instrument of FD-105K do not completely replaced by FD-125, it’ s need a long time to comparative observation, and it would be nice to have a validation by enough earthquake cases.

Key words:FD-105K; FD-125; radon observation in groundwater; correlation; Liaoyang Seismic Station

Comparative Analysis and Study on FD-105K and FD-125 for Radon Observation of Groundwater in Liaoyang

WU Jian-ting1，LI Qiao2, YANG Xiao-dong2，ZHANG Li2，DI Xin-xin2，ZHANG Zhi-hong2
（1. Liaoyang Seismic Station, Liaoning Liaoyang 111002，China;2. Earthquake Administration of Liaoning Province，Liaoning Shenyang 110034，China）

P315.723

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.03.007

1674-8565（2017）03-0038-05

2017-01-26

2017-04-13

吴建霆（1987-），男，锡伯族，辽宁省东港市人，2011年毕业于大连交通大学，本科，助理工程师，现主要从事地震前兆观测与分析研究等方面的工作。E-mail：215999100@qq.com