土壤气CO2保温实验初探

谷茂龙 东得淼

摘  要：为了减少外界大气环境对土壤气CO2观测数据的影响，提高观测数据的内在质量，对观测装置进行保温处理。分析研究保温前后宁河地震台土壤气CO2观测数据的变化特征，并以此得出一些结论，作为日后观测的依据。

关键词：土壤气CO2;温度;分析

中图分类号：P631.4        文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）24-0081-02

Abstract： In order to reduce the influence of the external atmospheric environment on the soil gas CO2 observation data and improve the internal quality of the observation data， the observation device was treated with heat preservation. The variation characteristics of soil gas CO2 observation data of Ninghe Seismic Station before and after thermal insulation are analyzed and studied， and some conclusions are drawn as the basis for future observation.

Keywords： soil gas CO2; temperature; analysis

引言

在地球的各种动力学过程中，地壳中的CO2含量会发生明显的变化。地震的孕育过程中由于地壳应力释放导致岩石的破裂，从而释放出CO2气体（官致君）。断层气CO2快速测定法在首都圈地震前兆观测已有二十几年，获得了较好的效果。通过对土壤中CO2浓度的动态变化进行监测，可以捕捉到地震前兆的异常信息，对地震预测有重要的意义和价值（徐延武）。天津市地震局有6个台站安装了土壤气CO2装置，收集可靠的数据对长期的地震预测和研究有深远的意义。

1 测点概况

宁河地震台始建于1975年，1976年基本建成，对1976年唐山7.8级地震的余震监测发挥过重要作用。台站位于宝坻断裂、沧东断裂和蓟运河断裂的交汇处，由于地震台特殊的地理位置，同时为了切实加强天津地震局前兆监测网络对唐山老震区的监测能力，2014年8月19日增加了土壤气CO2监测项目。1976年11月15日发生在宁河境内的6.9级地震，给天津造成Ⅵ-Ⅷ度的破坏。台站周边的村、镇人民生命财产损失惨重。由于应力释放此次地震将台站新钻的生活供水井井管错位、报废。此次安装二氧化碳项目时，即选择了该点位。

根据宁河地震台的水文地质条件及潜水位，确定CO2建设点深为1m。埋硬塑料套管前，底部0.5m高先打孔，然后用细纱窗布将其裹好。埋管时，先填埋粗沙和土，随后压实。如图1所示。

2 实验过程

2.1 实验目的

CO2快速测定管是一支长14cm，直径0.4cm的玻璃管，玻璃管内充填了吸附有百里蓝酚酞的活性氧化铝（呈蓝色）。当气体进入测定管中，即被活性氧化铝吸附，其中CO2与百里蓝酚酞发生反应，使测定管内物质由蓝变白。土壤气CO2采用积累测定法，积累时间为24小时，所测得CO2含量为1天内测定孔中释放的CO2重量（高小其）。宁河地震台潜水位较低，土壤气CO2装置有1m露在地面之上，大气环境对孔内温度有很大影响，直接导致土壤气CO2浓度数据与实际值偏差（龚永俭）。经讨论分析，决定给CO2装置加装保温，2018年6月1日安装直径40cm、1.3m高的聚乙烯水管，套在原采集管之上，填充珍珠岩保温材料，发泡剂堵塞洞口，最后用粘结水泥固化。研究分析保温前后CO2濃度数据，以验证保温的可靠性，从而获得真实有效的数据。

2.2 保温前后数据对比

每年7月和8月雨季时节，CO2观测孔内进水，CO2可溶于水，导致观测值低于日常值，不能真正反映测点CO2的释放情况（钱淮云）。图1为宁河地震台近两年土壤气CO2测浓度、温度和降雨量的数据曲线，表1为一周CO2浓度、温度和降雨量数据，可以看出CO2浓度和温度成正比关系，而雨季浓度测量值较低。因此选取1-5月份数据进行对比。

分别选取2018年和2019年1-5月温度数据作日均值差分计算。其中2018年日均值一阶差分为-7.0-5.0℃，5日日均值一阶差分为-2.6-4.6℃，2019年日均值一阶差分在-2.0-2.0℃，5日日均值一阶差分为-0.8-2.1℃。见图3、图4。

对数据进行分析，保温前后温度受大气环境影响明显下降。

2.3 实验结果

对保温前后土壤气CO2浓度数据进行对比分析，得出如下结论：

（1）管内温度和土壤气CO2浓度成正比关系，保温前大气环境温度变化强烈时，土壤气CO2浓度受影响较大，保温后则无明显变化。

（2）同静海地震台作对比分析，保温前土壤气CO2浓度差值变化幅度剧烈，保温后土壤气CO2浓度差值变化幅度较平稳。

（3）土壤气CO2浓度受降雨变化影响严重。

3 结束语

对设备保温后，温度日观测值差值变化幅度下降1-3℃，土壤气CO2浓度受大气环境温度变化影响明显减小。天津地区海拔较低，每逢雨季降雨造成土壤气CO2设备进水，特别是连续降雨，严重时会积水至地表，此时土壤气CO2无法观测，如何排除降雨带来的影响，需要认真探索和研究。如果能够有效的解决降雨带来的影响，将对天津地区的地震前兆监测工作发挥一定的作用。

参考文献：

[1]官致君，等.断层气CO2快速测定方法在四川地震预测中的应用[J].地震研究，2003，26（增刊）：118-125.

[2]徐延武，李翠萍.断层气CO2快速测定法的观测实验与研究[J].中国科技博览，2013，38：57.

[3]高小其，等.CO2快速测定方法的应用研究[J].内陆地震，2002，16（1）：76-83.

[4]龚永俭，等.断层土壤气CO2含量快速测定法关键问题探讨[J].华北地震科学，2014，32（1）：47-52.

[5]钱淮云，陈琦.江淮地区断层气CO2观测初析[J].地震学刊，2001，21（3）：34-37.