宝鸡地区水氡数据异常变化影响因素对比分析

梁向东，陈全智，薛凤英，史会忍，姬东姣，谢佳兴

(1.陕西省地震局，陕西 西安 710068；2.河南省地震局，河南 郑州 450000)

0 引 言

氡是天然放射性元素，在水及岩土中可以溶解、吸附、迁移和扩散,而氡的溶解度大小与水的温度、压力、矿化度等因素有关。由于氡被岩石、土壤颗粒表面吸附、溶解于地下水并随地下水迁移等过程，都受到环境温度、压力等条件的影响，因此无论在岩土空隙中的自由氡含量还是地下水中溶解氡的含量都将随环境温度、压力等变化而变化。当地震孕育过程波及到观测含水层时，引起上述因素的任何变化，都可能影响地下水中溶解与逸出氡及岩土空隙中的自由氡含量。水氡观测尤其是地震水氡观测是地震学研究观测时间最长、最广泛的地下流体项目之一，而在实际观测中发现降雨、流量、气温则常是造成水氡数据异常变化的主要因素[1-2]。

通过对宝鸡高泉、陇县珍珠泉、上王咸水渠泉等3个观测站点水氡数据异常变化进行研究，对比分析流量、降雨、气温对观测数据的影响，有助于今后数据处理中识别和排除影响干扰，并提取与确认地震异常变化信息。

1 构造背景

宝鸡高泉观测点位于宝鸡市西郊，地处秦岭侵蚀构造山地北缘，西侧地形陡峭，属风化裂隙下降泉。地层岩性为元古界绢云母片岩，地质构造处于北西向桃园—龟川寺断裂带及东西向天水—宝鸡断裂带交汇区。陇县珍珠泉观测点位于宝鸡市陇县温水镇柴家洼村，地处关中西部北西向的陇县六盘山断裂带上，台基出露为震旦系白云母灰质岩。上王咸水渠泉观测点位于宝鸡市陈仓区县功镇南关村，在区域构造上归属陇西旋卷构造体系向东南延伸部分，北西向断裂带活动是咸水渠泉发育形成的主要地质构造条件，水点出露地层为白垩系紫红色砂岩。以上三个泉点的水氡观测均使用FD-125型氡钍分析仪。

2 宝鸡地区水氡动态特征

2.1 宝鸡高泉、陇县珍珠泉、上王咸水渠泉水氡的正常动态

2015～2020年，宝鸡高泉、陇县珍珠泉、上王咸水渠泉水氡都具有明显的周期特征，有固体潮效应和夏高冬低年动态规律变化(图1)。水氡每年的最低值出现在春、夏之交，最大值出现在秋、冬之交，每年从3月起水氡就开始呈上升趋势，10月起呈下降趋势。

图1 2015年以来宝鸡高泉(a)、陇县珍珠泉(b)、上王咸水渠泉(c)水氡变化曲线

2.2 影响因素分析

氡在地下水中水平与垂直方向分布不均匀，水氡的动态变化受环境温度、压力等条件的影响，而且台站的水氡观测以人工操作为主，所以按照《地震水文地球化学观测技术规范》[3]对水氡进行定点、定时、定量的采样，以保证水样能真实地反映地下水中氡的客观变化。气温、流量、降雨则是造成水氡测值动态的主要影响因素[4]。

3 影响因素对比分析

3.1 降雨、流量与水氡

降雨是影响流量变化的主要因素。在降雨较多的雨季(7～9 月)随着气温增高、气压降低，水汽循环加大，雨水从泉口周围裂隙渗入，与地下水混合，流量会在原有基础上滞后数天上升一个小台阶[5]。例如，2018年6月宝鸡高泉、2019年6月上王咸水渠泉，因持续降雨造成地下水水含量急剧增加，导致泉水流量在数天后上升一个台阶，随着降雨的减少，流量逐步下降并恢复正常(图2)。

图2 宝鸡高泉(a)、陇县珍珠泉(b)、上王咸水渠泉(c)流量与降雨变化曲线

2018年7月宝鸡高泉、2020年8月上王咸水渠泉流量上升，由于地下水中溶解的氡气被稀释，水氡测值出现下降变化，之后泉水流量逐步减小，地下水量降低，水氡值出现小幅度回升后逐步恢复正常。水氡值随着流量的增大而降低，随流量的降低而小幅度回升，这表明宝鸡高泉、上王咸水渠泉水氡和流量具有一定的负相关性,并且流量对水氡的影响具有滞后效应，变化滞后期大概为10天左右(图3a、c)。

陇县珍珠泉为自流泉，其泉水一部分是地下深部温泉水自流而出，水氡含量较低；另一部分是降雨引起的中浅部土壤岩石渗水，水氡含量较高，所以泉水中浅部降雨补给水含量对泉水中氡含量影响较大。例如，2019年7月陇县珍珠泉受持续降雨影响，泉水中浅部水含量增高，泉水流量上升水氡测值出现上升变化，之后由于降雨结束，泉水中浅部水含量降低，流量骤降，水氡测值对应减小逐步恢复正常水平，陇县珍珠泉流量与水氡值在短时间内呈现明显的正相关性[6](图3b)。

图3 宝鸡高泉(a)、陇县珍珠泉(b)、上王咸水渠泉(c)水氡与流量变化曲线

采样点的流量变化对水氡测值的影响较大。当流量在正常动态范围内变化时，流量与水氡测值具有一定的相关性，长周期变化趋势较为吻合[7]。

3.2 气温与水氡

水氡测值有夏高冬低的年动态，主要受气温的影响。年动态表现为随气温的变化而起伏，气温升高时，地下水中溶解的氡气浓度升高，水氡值升高；气温下降时，地下水中溶解的氡气浓度降低，水氡值降低。水氡与气温呈现同步升降变化，具有一定的正相关性，长周期变化趋势较为吻合(图4)。

图4 宝鸡高泉(a)、陇县珍珠泉(b)、上王咸水渠泉(c)水氡与气温变化曲线

4 结 论

对宝鸡高泉、陇县珍珠泉、上王咸水渠泉3个观测站点的水氡观测数据做对比分析，提取不同外界干扰影响因素下水氡的异常变化特征，初步得到以下认识：水氡数据异常变化主要影响因素为流量、降雨、气温。流量在正常动态范围内变化时，流量与水氡具有一定的相关性，而且降雨对水氡值、流量的影响有一定的滞后效应。气温与水氡呈现同步升降变化，具有一定的正相关性，长周期变化趋势较为吻合。通过总结外界因素对水氡异常变化的影响规律，有助于判断水氡异常变化是地震前兆异常还是其他因素的异常。