备用采样点对汉中地震台水氡观测影响分析

朱宣明　颜文华　马思航

摘要以汉中地震台两个水氡采样点为实验对象，通过对比观测得出主用备用两个采样点同日氡值及水温，分析差异原因。分析结果表明，备用采样点观测结果会对本台水氡观测产生直接影响，增加了数据分析的不确定性，并影响观测结果的连续性。

关键词水氡观测；采样点；实验对比；汉中地震台

中图分类号： P315.63文献标识码： A文章编号：2096-7780（2023）05-0214-07

doi：10.19987/j.dzkxjz.2022-126

Influence analysis of standby sampling points on water Radon observation at Hanzhong seismic station

Zhu Xuanming，Yan Wenhua，Ma Sihang

（Shaanxi Earthquake Agency， Shaanxi Xian 710068， China）

AbstractIn this paper，two water Radon sampling points at Hanzhong seismic station are taken as experimental objects. Through comparative observation，the Radon value and water temperature on the same day at the main and standby sampling points are obtained，and the reasons for the difference are analyzed. It is shown that the observation results at the standby sampling points will have a direct impact on the water Radon observation at this station，and increase the uncertainty of data analysis and affect the continuity of observation results.

Keywordswater Radon observation; sampling point; experimental comparison; Hanzhong seismic station

引言

水氡观测对采样点的变化比较敏感，只有在相对稳定的采样环境下，才能得出连续可靠的观测数据，采样点的变化或者更换，会对水氡测值产生直接影响。汉中地震台水氡自1979年开始观测，时间跨越40余年，投入了大量人力、财力。多年来，台站人员严格按照水氡观测规范要求，保证观测环境条件稳定统一，减少人为操作影响，产出了连续、稳定、可靠的数据，对数据资料的有效利用可以显现汉中台水氡观测投入的效益。目前汉中地震台水氡观测有两个采样点，日常以5#井为主采样点，因停电、设备维修、抽水量限流等原因中断抽水情况时有发生，在5#井停泵时需更换到直线距离约350 m 处的2#井（备用采样点）进行采样，在多年实际观测记录中，是直接以2#井测值代替5#井测值进行连续记录。如不能准确确定2#井测值与5#井测值之间的关系，就会影响多年产出数据的可信度和可靠性，降低汉中台水氡观测效能，并给地震分析预报的研判带来很大的干扰。

本文以汉中地震台水氡观测两个采样井为研究对象，利用现有实验观测条件，通过大量、长跨度、相同条件下的实测分析，对比主、备采样点观测结果，得到各自测值变化规律，研究两井测值相对误差或存在的关系，分析2#井作为备用采样点对汉中台水氡观测资料的影响程度，为后续观测以及前期积累资料的有效利用分析提供依据。

1 汉中地震台水氡采样点概况

现在水氡采样点为汉中市自来水公司5#井，2#井为备用采样井。两井均位于汉江北岸一级阶地上，距汉江最近处约2.5 km，第四系黄土覆盖厚度200 m，地层岩性以亚粘土、亚砂土、粗砂为主，水埋藏类型为孔隙水，含水层接受大气降雨、地表水补给，径流方式除水平流径外，还通过断裂带作垂直运动，排泄途径为补给上覆含水层及抽水等。5#井开挖于1975 年，属于潜水井，井深108 m，套管内径383 mm，滤水管进水，进水段长度16.3 m，观测含水层厚度68 m，井孔涌水量0.98 m3/h，水泵投放深度106 m。2#井开挖于1973年，井深60 m，水泵投放深度58 m，两井直线距离约350 m，地质构造及地层分层可参考图1。略阳—勉县大断裂的北西向隐伏断裂从井区附近通过，近代发生的较大地震为1967年南郑4.8级地震，近年最大有感地震为2018年9月12日宁强5.3级地震（未包括汶川余震，最大余震为2008年5月27日宁强5.7级）。

2 实验设计

在不影响汉中地震台水氡日常观测的情况下，实验按季度划分为4个时段进行，每季度选取10天，每天在两个观测井各采集2个样本，利用现有实验室条件完成观测，形成40组共160个观测结果，利用数据分析软件进行整理分析。图2为实验流程图[1]。

实验开始前，对5#井和2#井井房环境进行了观察对比，两井所用水泵属同一型号，管径大小一致，井區环境差异不大，现场测量井管压力均为0.6 MPa，管道流量为0.83 L/s，日抽水量约为72 m3，采样水龙头在3/4开状态下流量约为0.162 L/s，整个实验过程中取样流量控制在0.15—0.17 L/s 之间，观测室温度控制在15℃—26℃之间，湿度80%以下。

3 实验结果及分析

本实验以日常观测为主，配合对比实验进行加密观测，实验人员相对固定，严格按照《地震水文地球化学观测技术规范》（2014）执行相关操作，规范书写原始记录薄，产出主要数据成果见表1。

3.1 采样水温

对两井的出水口温度进行测量并绘图，图3为采样期间水温变化图。可以看出两井水温随季节规律性变化，呈夏高冬低形态。5#井水温明显低于2#井水温，5#井水温年变化量在0℃—0.2℃之间，2#井水温年变化量在0℃—0.4℃之间。5#井水温年均值为18.43℃ ， 2#井水温年均值在18.87℃ ， 两者均值相差0.44℃。

表2为水温配对均值。通过配对表可以看出，标准偏差及标准误差平均值都较小，表明采样样本分散度较小，样本平均值与整体平均值较为接近，说明整个观测过程相对稳定。分析水温差异原因有：①5#井与2#井平面距离较近，但井深相差较大，5#井比2#井深48 m，水泵位于不同的含水层，水温应存在自然差异，是主要影响因素；②5#井采样时间固定在每日08：30（±10 min），2#井采样时间固定在每日15：00（±10 min），下午气温比上午气温高，对水温测量会产生影响，但两井井口管道出露地面长度大致相等，且均为连续抽水井，是次要影响因素。

3.2 水样氡值

在其他条件均相同的前提下，通过实验得到5#井与2#井水氡值均值（表3）：5#井水氡年均值为23.78 Bq/L，2#井水氡年均值为18.25 Bq/L，两者相差5.53 Bq/L。

图4是对两井均值进行独立样本中位数检验。从图中可以看出，5#井氡值基本符合正态分布，呈夏高冬低形态，氡值年最大变幅1.7 Bq/L；2#井氡值高值单点突出，正态分布大值区间不明显，氡值年最大变幅1.3 Bq/L。两井氡值整体离散度不高，数值相对集中，无孤值。

从每日水氡均值对比图（图5）可以看出，两井氡值呈两条趋于平行的折线，不具有明显同步趋势，数据之间有一定的差距，对两井均值进行成对样本 T 检验（表4），显著性 P=0.777＞0.05（约束值），说明两者没有显著的相关性，不具有统计学对比意义。

实际观测中，氡观测值受水温、压力、矿化度等多种因素影响[2-5]。本实验在其他观测环境相对统一的条件下，通过采集两个不同采样点水样，并选取40组样本进行日常对比观测，得到以上实验结果。已知两井井深有明显差异，水泵进水段位于不同深度的含水層，来自地层内部的压力、温度、溶解度不同，水样氡值有较大差值也是理所应当的。对氡值提取平均值进行独立样本中位数检验显示，在一年内的对比观测中，5#井与2#井的氡值各自相对稳定，在各实验条件相同的情况下，两井氡值均值可按公式 Q5=Q2+5.5进行换算。

4 结论与建议

通过对汉中地震台水氡两个采样点的地质结构条件、水温和氡值的日均值统计对比分析，得出以下结论：

（1）5#井与2#井孔距350 m，都在覆盖层内，地质环境差异不大，水泵进水段井深相差较大，井水来自不同深度的含水层，存在自然条件差异，是两井氡值差异的主要原因；

（2）5#井水氡年均测值为23.8 Bq/L，年均水温18.4℃ ， 2#井水氡年均测值为18.3 Bq/L，年均水温18.9℃ ， 氡值差常数5.5 Bq/L，水温差常数0.5℃。

从以上结论可以看出，汉中地震台水氡采样点的变化会直接引起测值变化，2#井作为备用采样点对数据稳定性、可靠性影响较大，其测值反映了不同地层的氡值变化，如对数据进行连续性分析，需进行常数修正。

建议对连续抽水井型采样点在断流、停电、水泵故障等情况下，需谨慎进行备用采样观测，不可直接使用其他井水进行代替，首先需调查了解井点地质环境构造，确认水样是否来自同一含水层，其次要保证采样条件相同，最后再进行对比实验，验证效能后方可进行备用采样观测。

参考文献

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