朱宣明　顏文華　馬思航

摘要以漢中地震臺(tái)兩個(gè)水氡采樣點(diǎn)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)對(duì)比觀測(cè)得出主用備用兩個(gè)采樣點(diǎn)同日氡值及水溫，分析差異原因。分析結(jié)果表明，備用采樣點(diǎn)觀測(cè)結(jié)果會(huì)對(duì)本臺(tái)水氡觀測(cè)產(chǎn)生直接影響，增加了數(shù)據(jù)分析的不確定性，并影響觀測(cè)結(jié)果的連續(xù)性。

關(guān)鍵詞水氡觀測(cè)；采樣點(diǎn)；實(shí)驗(yàn)對(duì)比；漢中地震臺(tái)

中圖分類號(hào)： P315.63文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)：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

水氡觀測(cè)對(duì)采樣點(diǎn)的變化比較敏感，只有在相對(duì)穩(wěn)定的采樣環(huán)境下，才能得出連續(xù)可靠的觀測(cè)數(shù)據(jù)，采樣點(diǎn)的變化或者更換，會(huì)對(duì)水氡測(cè)值產(chǎn)生直接影響。漢中地震臺(tái)水氡自1979年開(kāi)始觀測(cè)，時(shí)間跨越40余年，投入了大量人力、財(cái)力。多年來(lái)，臺(tái)站人員嚴(yán)格按照水氡觀測(cè)規(guī)范要求，保證觀測(cè)環(huán)境條件穩(wěn)定統(tǒng)一，減少人為操作影響，產(chǎn)出了連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)資料的有效利用可以顯現(xiàn)漢中臺(tái)水氡觀測(cè)投入的效益。目前漢中地震臺(tái)水氡觀測(cè)有兩個(gè)采樣點(diǎn)，日常以5#井為主采樣點(diǎn)，因停電、設(shè)備維修、抽水量限流等原因中斷抽水情況時(shí)有發(fā)生，在5#井停泵時(shí)需更換到直線距離約350 m 處的2#井（備用采樣點(diǎn)）進(jìn)行采樣，在多年實(shí)際觀測(cè)記錄中，是直接以2#井測(cè)值代替5#井測(cè)值進(jìn)行連續(xù)記錄。如不能準(zhǔn)確確定2#井測(cè)值與5#井測(cè)值之間的關(guān)系，就會(huì)影響多年產(chǎn)出數(shù)據(jù)的可信度和可靠性，降低漢中臺(tái)水氡觀測(cè)效能，并給地震分析預(yù)報(bào)的研判帶來(lái)很大的干擾。

本文以漢中地震臺(tái)水氡觀測(cè)兩個(gè)采樣井為研究對(duì)象，利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)觀測(cè)條件，通過(guò)大量、長(zhǎng)跨度、相同條件下的實(shí)測(cè)分析，對(duì)比主、備采樣點(diǎn)觀測(cè)結(jié)果，得到各自測(cè)值變化規(guī)律，研究?jī)删疁y(cè)值相對(duì)誤差或存在的關(guān)系，分析2#井作為備用采樣點(diǎn)對(duì)漢中臺(tái)水氡觀測(cè)資料的影響程度，為后續(xù)觀測(cè)以及前期積累資料的有效利用分析提供依據(jù)。

1 漢中地震臺(tái)水氡采樣點(diǎn)概況

現(xiàn)在水氡采樣點(diǎn)為漢中市自來(lái)水公司5#井，2#井為備用采樣井。兩井均位于漢江北岸一級(jí)階地上，距漢江最近處約2.5 km，第四系黃土覆蓋厚度200 m，地層巖性以亞粘土、亞砂土、粗砂為主，水埋藏類型為孔隙水，含水層接受大氣降雨、地表水補(bǔ)給，徑流方式除水平流徑外，還通過(guò)斷裂帶作垂直運(yùn)動(dòng)，排泄途徑為補(bǔ)給上覆含水層及抽水等。5#井開(kāi)挖于1975 年，屬于潛水井，井深108 m，套管內(nèi)徑383 mm，濾水管進(jìn)水，進(jìn)水段長(zhǎng)度16.3 m，觀測(cè)含水層厚度68 m，井孔涌水量0.98 m3/h，水泵投放深度106 m。2#井開(kāi)挖于1973年，井深60 m，水泵投放深度58 m，兩井直線距離約350 m，地質(zhì)構(gòu)造及地層分層可參考圖1。略陽(yáng)—勉縣大斷裂的北西向隱伏斷裂從井區(qū)附近通過(guò)，近代發(fā)生的較大地震為1967年南鄭4.8級(jí)地震，近年最大有感地震為2018年9月12日寧強(qiáng)5.3級(jí)地震（未包括汶川余震，最大余震為2008年5月27日寧強(qiáng)5.7級(jí)）。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在不影響漢中地震臺(tái)水氡日常觀測(cè)的情況下，實(shí)驗(yàn)按季度劃分為4個(gè)時(shí)段進(jìn)行，每季度選取10天，每天在兩個(gè)觀測(cè)井各采集2個(gè)樣本，利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室條件完成觀測(cè)，形成40組共160個(gè)觀測(cè)結(jié)果，利用數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行整理分析。圖2為實(shí)驗(yàn)流程圖[1]。

實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，對(duì)5#井和2#井井房環(huán)境進(jìn)行了觀察對(duì)比，兩井所用水泵屬同一型號(hào)，管徑大小一致，井區(qū)環(huán)境差異不大，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量井管壓力均為0.6 MPa，管道流量為0.83 L/s，日抽水量約為72 m3，采樣水龍頭在3/4開(kāi)狀態(tài)下流量約為0.162 L/s，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中取樣流量控制在0.15—0.17 L/s 之間，觀測(cè)室溫度控制在15℃—26℃之間，濕度80%以下。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

本實(shí)驗(yàn)以日常觀測(cè)為主，配合對(duì)比實(shí)驗(yàn)進(jìn)行加密觀測(cè)，實(shí)驗(yàn)人員相對(duì)固定，嚴(yán)格按照《地震水文地球化學(xué)觀測(cè)技術(shù)規(guī)范》（2014）執(zhí)行相關(guān)操作，規(guī)范書寫原始記錄薄，產(chǎn)出主要數(shù)據(jù)成果見(jiàn)表1。

3.1 采樣水溫

對(duì)兩井的出水口溫度進(jìn)行測(cè)量并繪圖，圖3為采樣期間水溫變化圖?？梢钥闯鰞删疁仉S季節(jié)規(guī)律性變化，呈夏高冬低形態(tài)。5#井水溫明顯低于2#井水溫，5#井水溫年變化量在0℃—0.2℃之間，2#井水溫年變化量在0℃—0.4℃之間。5#井水溫年均值為18.43℃ ， 2#井水溫年均值在18.87℃ ， 兩者均值相差0.44℃。

表2為水溫配對(duì)均值。通過(guò)配對(duì)表可以看出，標(biāo)準(zhǔn)偏差及標(biāo)準(zhǔn)誤差平均值都較小，表明采樣樣本分散度較小，樣本平均值與整體平均值較為接近，說(shuō)明整個(gè)觀測(cè)過(guò)程相對(duì)穩(wěn)定。分析水溫差異原因有：①5#井與2#井平面距離較近，但井深相差較大，5#井比2#井深48 m，水泵位于不同的含水層，水溫應(yīng)存在自然差異，是主要影響因素；②5#井采樣時(shí)間固定在每日08：30（±10 min），2#井采樣時(shí)間固定在每日15：00（±10 min），下午氣溫比上午氣溫高，對(duì)水溫測(cè)量會(huì)產(chǎn)生影響，但兩井井口管道出露地面長(zhǎng)度大致相等，且均為連續(xù)抽水井，是次要影響因素。

3.2 水樣氡值

在其他條件均相同的前提下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到5#井與2#井水氡值均值（表3）：5#井水氡年均值為23.78 Bq/L，2#井水氡年均值為18.25 Bq/L，兩者相差5.53 Bq/L。

圖4是對(duì)兩井均值進(jìn)行獨(dú)立樣本中位數(shù)檢驗(yàn)。從圖中可以看出，5#井氡值基本符合正態(tài)分布，呈夏高冬低形態(tài)，氡值年最大變幅1.7 Bq/L；2#井氡值高值單點(diǎn)突出，正態(tài)分布大值區(qū)間不明顯，氡值年最大變幅1.3 Bq/L。兩井氡值整體離散度不高，數(shù)值相對(duì)集中，無(wú)孤值。

從每日水氡均值對(duì)比圖（圖5）可以看出，兩井氡值呈兩條趨于平行的折線，不具有明顯同步趨勢(shì)，數(shù)據(jù)之間有一定的差距，對(duì)兩井均值進(jìn)行成對(duì)樣本 T 檢驗(yàn)（表4），顯著性 P=0.777＞0.05（約束值），說(shuō)明兩者沒(méi)有顯著的相關(guān)性，不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)比意義。

實(shí)際觀測(cè)中，氡觀測(cè)值受水溫、壓力、礦化度等多種因素影響[2-5]。本實(shí)驗(yàn)在其他觀測(cè)環(huán)境相對(duì)統(tǒng)一的條件下，通過(guò)采集兩個(gè)不同采樣點(diǎn)水樣，并選取40組樣本進(jìn)行日常對(duì)比觀測(cè)，得到以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果。已知兩井井深有明顯差異，水泵進(jìn)水段位于不同深度的含水層，來(lái)自地層內(nèi)部的壓力、溫度、溶解度不同，水樣氡值有較大差值也是理所應(yīng)當(dāng)?shù)摹?duì)氡值提取平均值進(jìn)行獨(dú)立樣本中位數(shù)檢驗(yàn)顯示，在一年內(nèi)的對(duì)比觀測(cè)中，5#井與2#井的氡值各自相對(duì)穩(wěn)定，在各實(shí)驗(yàn)條件相同的情況下，兩井氡值均值可按公式 Q5=Q2+5.5進(jìn)行換算。

4 結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)漢中地震臺(tái)水氡兩個(gè)采樣點(diǎn)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件、水溫和氡值的日均值統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析，得出以下結(jié)論：

（1）5#井與2#井孔距350 m，都在覆蓋層內(nèi)，地質(zhì)環(huán)境差異不大，水泵進(jìn)水段井深相差較大，井水來(lái)自不同深度的含水層，存在自然條件差異，是兩井氡值差異的主要原因；

（2）5#井水氡年均測(cè)值為23.8 Bq/L，年均水溫18.4℃ ， 2#井水氡年均測(cè)值為18.3 Bq/L，年均水溫18.9℃ ， 氡值差常數(shù)5.5 Bq/L，水溫差常數(shù)0.5℃。

從以上結(jié)論可以看出，漢中地震臺(tái)水氡采樣點(diǎn)的變化會(huì)直接引起測(cè)值變化，2#井作為備用采樣點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性、可靠性影響較大，其測(cè)值反映了不同地層的氡值變化，如對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)性分析，需進(jìn)行常數(shù)修正。

建議對(duì)連續(xù)抽水井型采樣點(diǎn)在斷流、停電、水泵故障等情況下，需謹(jǐn)慎進(jìn)行備用采樣觀測(cè)，不可直接使用其他井水進(jìn)行代替，首先需調(diào)查了解井點(diǎn)地質(zhì)環(huán)境構(gòu)造，確認(rèn)水樣是否來(lái)自同一含水層，其次要保證采樣條件相同，最后再進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證效能后方可進(jìn)行備用采樣觀測(cè)。

參考文獻(xiàn)

［1］中國(guó)地震局.地震水文地球化學(xué)觀測(cè)技術(shù)規(guī)范[M].北京：地震出版社，2014：3-10

ChinaEarthquakeAdministration. Technicalspecificationsforseismichydrogeochemicalobservation[M]. Beijing： Seismological Press，2014：3-10

［2］趙影，黃仁桂，王敏.九江二井氡觀測(cè)實(shí)驗(yàn)研究[J].防災(zāi)減災(zāi)學(xué)報(bào)，2016，32（3）：31-33

Zhao Y，Huang R G，Wang M. Research on radon observation at Jiujiang No.2 well[J]. Journal of Disaster Prevention and Reduction，2016，32（3）：31-33

［3］黎己余，鄭辰禾，林稚穎，等.不同型號(hào)測(cè)氡儀器在寧德一號(hào)井觀測(cè)效能分析[J].地震科學(xué)進(jìn)展，2021，51（12）：553-559

Li J Y， Zheng C H， Lin Z Y， et al. Analysis of the observation effectiveness of different types of instrument for radon measurement in Ningde No.1 well[J]. Progress in Earthquake Sciences，2021，51（12）：553-559

［4］張晨蕾，楊敏，趙小茂.數(shù)字化氣氡在井（泉）地震監(jiān)測(cè)中的研究進(jìn)展[J].地震科學(xué)進(jìn)展，2020，50（8）：8-13

ZhangCL，YangM，ZhaoXM. TheresearchprogressondigitalmeasurementofgasRadoninwells （springs） forseismic monitoring[J]. Progress in Earthquake Sciences，2020，50（8）：8-13

［5］石小磊，王俊，李良輝，等.蚌埠臺(tái)水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)變化分析[J].地震科學(xué)進(jìn)展，2021，51（3）：130-134

Shi X L， Wang J， Li L H，etal. Analysisof variationcharacteristicsof radonobservationdatain Bengbustation[J]. Progressin Earthquake Sciences，2021，51（3）：130-134