土壤气CO2快速测定法探究

高文晶　李宁　康健　朱宏

【摘 要】近年来，国内外学者在地震监测研究上取得了很大的进展，其中普遍认为土壤气CO2的释放与断裂活动性具有较大相关性，CO2气的测定可作为地震前兆的监测分析手段之一，本文主要叙述了土壤气CO2快速测定法在天津市静海地震台的观测分析与研究。

【关键词】CO2测定；快速测定法；地震监测；前兆观测

中图分类号： P315.7 文献标识码： A 文章编号：2095-2457（2018）08-0257-002

Study on Rapid Determination of CO2 in Soil Gas

—— Take Jinghai Seismic Station as an example

GAO Wen-jing LI Ning KANG Jian ZHU Hong

（Tianjin Seismological Bureau， Tianjin 300000，China）

【Abstract】In recent years， domestic and foreign scholars have made great progress in earthquake monitoring research. Among them， it is generally believed that the release of CO2 in soil gas is closely related to the fracture activity. The determination of CO2 gas can be used as a precursor to the monitoring of earthquakes. One of the means， this article mainly describes the observation and analysis of the CO2 fast determination method of soil gas at the Jinghai Seismic Station in Tianjin.

【Key words】CO2determination； Rapid assay； Earthquake monitoring； Precursor observation

1 观测点选择

1.1 观测站基本情况

天津市静海地震台始建于1975年，隶属于天津市地震局，占地面积68亩。地理坐标为λ116°51′28″、φ38°56′30″，位于天津市静海区梁头镇李庄子村，距天津市区约40km。

地质构造位于“华北地台”、“河北凹陷区”的“沧县隆起”上，距 “天津南断裂” 约1.5公里，该断裂北自天津杨柳青西，南至大城区东，长约90公里，走向为北东，倾向南东，为里坦凹陷与大城低凸起的分界，断距为70-350米，断点埋深为250-900米。新生界地层厚度约1000m，层位为上第三系的“明化镇组”及第四系。下伏地层为第三纪砂岩。

1.2 气候、水文、土壤环境

静海地震台隶属于天津市静海区，属暖温带大陆性季风气候，四季分明，冬、夏季长，春、秋季短。春季风多干燥，降雨较少；夏季雨多潮湿，气候闷热；秋季气候凉爽，温差较大，冬季空气干燥，风大雪少。静海区土壤均属潮土类，地下水埋深一般1.5～2.5m，土壤分布随成土因素变化表现出一定的地域差异规律。

2 观测装置布置

2.1 装置的口径和深度

土壤气CO2观测孔位于静海地震台院内，由于浅地表（0.5m以内）范围内有机质丰富，温度、湿度非常适宜生物化学作用，会产生大量CO2气体，所以测定孔深度应选择0.5m以上。静海地区地下水深埋一般为1.5～2.5m，测定孔深度应选择1.5m以内，选择测孔深选择距离地面为1.0m，设定孔径为10cm。

2.2 测定管位置选择

土壤气CO2的含量测定与测定管的位置密切相关，测定管越接近测定孔底部观测到的测定值越高，同时，如果测定管位置放置过低又会容易出现触底现象，即由于距离过近，观测管进气口出现被泥土堵塞情况。经过多次试验和反复的数据分析，将测定管放置在距离测定孔底部5～10cm处可保证测定数据较少的受到气流影响。此外，天津地区的降雨量一般为10～20cm，将PVC套管防护高出地平20cm，孔口使用PVC管帽做封闭以防止地表水进入测孔。

2.3 温度观测

温度观测采用普通温度计（十分之一标准温度计）与测管同深度观测（观测深度1m）。

3 土壤气CO2观测

3.1 温度对观测的影响

将静海地震台土壤气CO2浓度与观测温度的测定数据进行分析发现，观测点土壤气CO2浓度数据表现出夏天高、冬天及初春低的现象，二者呈现出趋势正相关的关系，测定口的温度越高，观测到的土壤气CO2浓度也越高。

3.2 气压对观测的影响

将静海地震台土壤气CO2浓度与大气气压的测定数据进行分析发现，观测点土壤气CO2浓度数据表现出夏天低、冬天及初春较高的现象，二者呈现出趋势负相关关系，测定口的气压越低，观测到的土壤气CO2浓度越高。

3.3 降雨量对观测的影响

将静海地震台土壤气CO2浓度与降雨量的测定数据进行分析发现，土壤气CO2浓度数据与降雨量表现出相反的关系，降雨量越高，观测到的土壤气CO2浓度越低，这主要是由于CO2可溶于水，降雨导致土壤中水分增加，使观测孔的CO2溶解度上升，观测口的CO2气体浓度减少。年度气温—气压—降雨量曲线对比如图3。

4 结论与展望

通过对静海地震台土壤气CO2及温度、气压、降雨量等测定数据的分析发现，土壤气CO2的观测装置设定需结合当地的地质特征以及气象特征，方可获得稳定可靠的观测数据，装置布置过程应充分考虑当地地下水位变化。土壤气CO2的含量变化与温度、气压及降雨量密切相关，在测定过程中需要将其作为辅助数据一并予以监测。

使用CO2测管读取CO2浓度值时，打开管口的大小直接影响监测数值，再者CO2管的刻度间隔较大，读取数值为估读值，故不同观测人员读取的数值存在一些差异，建议以更加精确敏感的电子设备代替简易的CO2管，从而获得更加准确的数据。

【参考文献】

[1]高小其，王道，许秋龙，等.CO2快读测定方法的应用研究浅析[J].内陆地震.2002.16（1）：76-83.

[2]林元武，翟盛华.断气层CO2快读测定法及其在地震研究中的应用[J].地震.1993（6）：62-67.

[3]魚金子，车用太，刘五洲.地壳中的CO2及其释放与地震短临预测[J].国际地震动态.1998（8）：8-12.