宝鸡地区气氡与模拟水氡观测数据对比分析

杨耀龙 徐婉君 姬东姣 赵杰

摘 要：【目的】研究水氡与气氡测项之间关联性及异同。【方法】以宝鸡上王流体台与陇县流体台2015—2020年水氡与气氡连续观测资料为研究对象，分析同台站不同测项、同测项不同台站正常数据资料及异常曲线对比。【结果】结果表明，溶解水氡与气氡无明显的关系。在中强震前，台站地震监测数据无明显前兆异常现象。水氡受人为影响较大，而气氡受集气脱气装置管路堵塞影响较大。上王流体台与陇县流体台溶解水氡年变化趋势上都是典型的夏高冬低形态。而上王BG2015R型气氡仪记录到的气氡年变形态则表现为夏低冬高形态，陇县SD-3A气氡仪记录到的气氡年变形态不是很明显。【结论】目前还无法用一个有效的物理量建立溶解水氡与气氡之间的关系，溶解水氡与气氡无明显的关系。

关键词：气氡；观测数据；溶解水氡；对比分析

中图分类号：P315.7      文献标志码：A   文章编号：1003-5168（2024）03-0102-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.03.021

Observation Data of Gas Radon and Simulated Water Radon in Baoji Area

YANG Yaolong1 XU Wanjun2 JI Dongjiao1 ZHAO Jie1

（1.Baoji Central Seismological Station，Shaanxi Eaethquake Administration，Baoji 721000，China;2.Kaifeng Earthquake Prevention， Disaster Reduction and Relief Center， Kaifeng 475000，China）

Abstract： [Purposes] This paper aims to study the correlation， similarities and differences between water radon and gas radon measurements. [Methods] Taking the continuous observation data of water and gas radon from Baoji Shangwang Fluid Station and Longxian Fluid Station from 2015 to 2020 as the research object， this study analyzes the comparison between normal data and abnormal curves of different observation items in the same station and the same observation items stations in different stations. [Findings] The results show that here is no obvious relationship between dissolved water radon and gas radon.Before moderate to strong earthquakes， there were no obvious precursor anomalies in the seismic monitoring data of the station. Water radon is greatly affected by human activities， while gas radon is greatly affected by pipeline blockage in gas gathering and degassing devices. The annual variation trend of dissolved water radon in the Shangwang and Longxian fluid stations is typical of high in summer and low in winter. The annual deformation of gas radon recorded by the Shangwang BG2015R gas radon instrument shows a low summer and high winter shape， while the annual deformation of gas radon recorded by the Longxian SD-3A gas radon instrument is not very obvious. [Conclusions] At present， it is not possible to establish a relationship between dissolved water radon and gas radon using an effective physical quantity， and there is no obvious relationship between dissolved water radon and gas radon.

Keywords： gas radon; observation data; radon in dissolved water; comparative analysis

0 引言

地震是指地殼中岩石突然破裂，短时间内释放巨大能量的自然现象。在实际地震监测中，仪器不仅会记录到地震信息，也会记录到背景噪声。如何及时有效区分地震前兆异常和非地震异常，是台站观测资料分析的重要内容。曹董军等［1］利用海东地区的流体观测资料分析了强震前的异常特征，研究表明，青海东部地区的流体在地震前趋势性异常不显著，短期异常特征较为明显。研究认为，在地震孕育的中短期阶段，震源区及外围敏感区地壳岩石在区域应力作用下，会使含水岩体产生弹性形变，改变含水（气）层，因而产生了地下流体缓升或缓降型趋势的异常。

地下流体动态分为正常动态和异常动态，地下水氡浓度快速变化时，出现的异常动态与地震前地下岩石突然破裂有关。一段时间以来，全球氡观测都以地下水溶解氡浓度观测为主，由于水的溶解度有限，该观测手段不能有效地测量地下深处氡浓度变化。而采用水氡和气氡同时进行观测，能够弥补水氡受人为因素影响大，以及气氡因集气脱气装置影响观测结果等不足，有可能更好地捕捉到地震前兆异常。宝鸡上王流体台和陇县流体台是少有的同时具备观测溶解水氡和逸出气氡的台站。上述台站架设有FD-125氡钍分析仪和SD-3A数字化测氡仪或新型BG2015R测氡仪，在对地球物理资料进行分析研究时，通过同台站不同测项，相邻台站同测项，出现短临异常时相邻台站同测项观测曲线对比等方式，提高了对氡正常动态规律的认识和短临异常的捕捉。

数字化观测技术的诞生增加了更多捕捉地震异常的可能。新型BG2015R仪器观测精度较高，受人为因素影响小，但该仪器在每年6月标定校准时，会产生台阶，由于集气脱气管路堵塞影响较大，无人台站地处偏远，周围植被覆盖率高，昆虫尸体、树叶等形成的絮状物经常会对观测数据产生巨大干扰，目前还无法找到一种可靠的办法消除这一干扰，这也增加了值班人员对地震异常与非震异常的判定难度。格尔木井数字化气氡与模拟水氡观测的变化趋势、均值变化有一定的一致性，脱气装置是实现氡数字化观测的重要基础环节，对于获取真实可靠的观测结果具有重要作用［2］。

在某一测点，从溶解性的角度看，水温影响要大于气压影响，水温越低，气氡数值越小，水温高，气氡数值越大。气氡浓度的大小与体积百分比浓度有关，与温度关系密切［3］。高守全等［4］的研究表明，气温越高，气氡数值越高；气压越高，气氡数值越低。而气温、气压对水氡测值影响不大，但受地表径流、短时强降雨影响明显。王康等［5］利用平凉地震台的气氡与溶解氡浓度数值为研究对象，在气温、气压上行和下行内分别计算氡浓度与两者的相关系数，结果显示，气温和气压对溶解水氡和气氡浓度的影响明显，并存在以下特征：在相关性分析中，溶解氡浓度与气氡与气温呈正相关，与气压呈负相关。

1 台站概况

宝鸡上王流体台和陇县流体台同属于渭河断陷盆地西端，在区域构造上归属陇西旋卷构造体系向东南延伸部分，构造运动强烈，地震活动频繁，近20年陕西发生的中小地震50%都集中在该区，该区域在1704年发生过陇县6级地震，而台站所处的陇县—宝鸡断裂带位于青藏块体东北缘，属于鄂尔多斯块体西南缘弧形断裂束的最南段［6］。上王咸水渠泉和陇县珍珠泉都属于上升泉，观测资料连续可靠，能较灵敏地捕捉六盘山断裂带上孕震过程中地下深部地球化学场的变化信息。本研究以这两个人为干扰小、台站周围背景噪声小的台站为研究对象，能较灵敏地反映北西构造带上孕震过程中地下深部地球化学场的变化信息，对监测和研究该区域氡值变化及地震前兆具有重要价值。

1.1 上王流体台

上王流体台位于陕西省宝鸡市陈仓区县功镇赵家河村，地理坐标为东经106.959°、北纬34.556°，海拔高程为1 050 m，占地面积约为2 670 m2。该台位于宝鸡市西北方向—陈仓区县功镇南关村（赵家河自然村）。在区域构造上位于鄂尔多斯块体西南缘与青藏块体东北缘交会区，距离危险区南北地震带约300 km，运动频繁的构造带是咸水渠泉发育形成的主要因素。近20年来，该区中小地震活动频繁。10 km范围内无100万m3以上的水库，周围无场地环境干扰，地处偏僻，主要受雨季洪水影响。

1.2 陇县流体台

陇县流体台位于陕西省宝鸡市陇县柴家洼村。地质构造处在岐山马召断裂带上，陇西系旋卷构造通过该地区，构造运动强烈，地震活动频繁。陇县流体台在区域构造上属陇西旋卷构造体系向东南延伸部分，主要断裂有NNW向固关—虢镇断裂、NWW向岐山—马召断裂、NNW向桃园—龟川寺断裂。近20年陕西发生的中小地震50%都集中在该区。该站台珍珠泉位于丰收水库西北向，是天然出露的温泉，水温常年保持17 ℃以上。该地温泉以群泉方式出露，出水量大，是丰收水库主要补给源和陇县自来水公司的供水水源。台基出露为震旦系白云母灰质岩，泉北侧地形陡峭，泉水出露于NNE向冲沟北侧，属风化裂隙上升泉。该台泉点周围噪声背景小，人为干扰因素少，水源条件好，观测资料连续可靠。

2 数据分析

2.1 同一台站不同测项观测数据对比分析

水氡观测的对象是地下水中自由逸出氡气与经人工脱气产出的水中全部溶解氡气量，而数字化气氡观测的对象是地下水中自由逸出氡气量［7］。

上王与陇县流体台测氡仪和FD-125氡钍分析仪筛选完有效数据后，日值动态曲线对比如图1至4图所示。比较后可以发现，两套仪器记录的曲线都有清晰的年变形态，FD-125氡钍分析仪测得的溶解氡浓度曲线形态表现为夏高冬低形态，而BG2015R测氡仪由于每年6月标定会产生巨大台阶，造成数据阶跃，年变形态呈现出夏低冬高形态，年变形态清晰。SD-3A测氡仪年变形态不太明显，可能与SD-3A測氡仪年久老化有关。结合2015—2020年度观测数据资料分析来看，气氡与溶解氡浓度并没有相关性，目前也没有量化的指标可以证明气氡与溶解氡浓度有何关系。研究者会在后续观测中进一步寻找气氡与溶解水氡之间的联系。

2.2 不同台站同一测项观测数据对比分析

提取上王流体台与陇县流体台2017年6月18日至2018年6月4日气氡数据，绘制气氡日值图（图5至图6）后发现，在数据正常时，上王流体台BG2015R测氡仪年变清晰，呈典型的夏低冬高曲线形态，年变幅约40 Bq/L。陇县SD-3A气氡仪由于仪器老化，观测效能降低，没有清晰的年变曲线形态，观测结果可信度没有BG2015R的高，但两台仪器连续性较好，能够提供稳定可靠的地震观测资料。

2.3 异常曲线对比

2020年10月29日18时至11月1日11時，宝鸡陇县流体台SD-3A自动测氡仪连续3日出现长时间逸出氡浓度测值低于正常值现象。对比相邻台站上王气氡并未有同步效应（图7、图8）。经工作人员仔细查看，管线密闭无漏气现象。随后，工作人员对脱气过滤装置进行清理疏通后，异常逐渐消失。经过一系列排查排除，认定该异常是由观测系统进气口端过滤装置气路不畅所引起的。由集气脱气装置引起的曲线阶跃变化在日常观测中最为常见。

3 结论与讨论

①本研究以宝鸡上王流体台与陇县流体台2015—2020年水氡与气氡连续观测资料为研究对象，通过分析同台站不同测项、同测项不同台站数据资料及异常曲线对比，结果表明，目前还无法用一个有效的物理量建立溶解水氡与气氡之间的关系。

②2015—2020年，宝鸡上王流体台与陇县流体台在周边中强震前，无明显前兆异常，未出现破年变高值低值异常。这可能与台站周边发生中强地震事件相对较少，台站所在区域构造环境有关，宝鸡上王流体台和陇县流体台都处于鄂尔多斯稳定的地块内，地震事件稀少。

③上王流体台与陇县流体台溶解水氡年变化趋势上都是典型的夏高冬低形态。而上王BG2015R型气氡仪记录到的气氡年变形态则表现为夏低冬高形态，陇县SD-3A气氡仪记录到的气氡年变形态不是很明显。

参考文献：

［1］曹董军，达哇文毛.青海东部流体异常在中强震前的特征分析［J］.高原地震，2013（4）：21-25.

［2］李延峰，朱胜伟，谢庆和.格尔木井模拟水氡与数字化气氡观测资料的对比分析［J］.华南地震，2012（1）：60-63.

［3］王军燕，张立红，叶媛媛.数字化测氡与模拟水氡的观测异同性对比分析［J］.甘肃科技，2018（19）：65-67.

［4］高守全，赵刚，薛生瑞，等.夏县地震台气氡、水氡测值一致性及干扰因素分析［J］.内陆地震，2019（4）：345-346.

［5］王 康，姚玉霞，李松林，等.气温气压与氡浓度短期变化的相关性分析［J］.华南地震，2018（3）：92-98.

［6］刘洁，李营，陈志，等.陇县—宝鸡断裂带CO2气体地球化学特征及成因［J］.地震研究，2022（4）：24-25.

［7］朱方保，金艳，束克明.浅析数字化气氡与模拟水氡的差异性［J］.防灾科技学院学报，2007（9）：48-51.