泉點(diǎn)改造對山西定襄七巖泉水氡影響

郭 宇高文玉劉俊芳劉金柱郭寶仁王曉霞，

1）中國山西035403定襄地震臺

2）中國山西030025太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國家野外科學(xué)觀測研究站

3）中國山西033300離石中心地震臺

泉點(diǎn)改造對山西定襄七巖泉水氡影響

郭 宇1），2）高文玉1），2）劉俊芳1），2）劉金柱1），2）郭寶仁1），2）王曉霞2），3）

1）中國山西035403定襄地震臺

2）中國山西030025太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國家野外科學(xué)觀測研究站

3）中國山西033300離石中心地震臺

2014年定襄七巖泉泉點(diǎn)改造后，水氡含量大幅下降，通過分析排除各類干擾因素，進(jìn)行對比觀測認(rèn)為，此次定襄七巖泉水氡濃度下降可能因泉點(diǎn)改造后取樣口不密封所致。

泉點(diǎn)改造；水氡；干擾；密封

0 引言

連續(xù)觀測地下水中氡含量的變化，有可能捕捉到地震孕育與發(fā)生的信息。國內(nèi)外的巖土破裂氡射氣變化的實(shí)驗(yàn)觀測結(jié)果，和為數(shù)不少的水氡震例，證明水氡是映震效能較強(qiáng)的地下流體測項(xiàng)（孔令昌等，2007）。定襄七巖泉水氡具有典型的夏高冬低型年動(dòng)態(tài)，是一個(gè)觀測質(zhì)量好、信度高、映震能力好的地震前兆觀測項(xiàng)目。2014年8月定襄地震臺對七巖泉點(diǎn)進(jìn)行改造，之后水氡出現(xiàn)大幅下降變化，是否受泉點(diǎn)改造影響所致，本文將對此進(jìn)行分析。

1 觀測背景

定襄七巖泉（以下簡稱定襄泉）為天然自流泉，1979年開始進(jìn)行水氡含量觀測。定襄泉位于山西省定襄縣茶房口村東南山谷西側(cè)，地處系舟山斷裂帶，該斷裂走向NE，傾向NW，為本區(qū)主要活動(dòng)斷裂。定襄泉地下水化學(xué)類型為HCO3—Ca型水，屬寒武紀(jì)灰?guī)r、喀斯特裂隙溶洞水，含水層上部為中奧陶統(tǒng)（O2）富水灰?guī)r，下部為相對隔水的下奧陶統(tǒng)（O1）泥質(zhì)灰?guī)r。目前定襄泉采用FD-125氡釷分析器進(jìn)行水氡觀測，設(shè)有氣溫、氣壓、水溫、流量、鼓泡水溫、降雨量等輔助觀測項(xiàng)目。定襄泉水氡觀測數(shù)據(jù)連續(xù)、可靠，水氡年變規(guī)律明顯，年正常動(dòng)態(tài)呈夏高冬低型（范雪芳等，2011）。由2004—2006年觀測日值曲線（圖1）可見，水氡觀測值在每年1—9月上升，10月以后迅速下降。

圖1　2004—2006年定襄泉水氡觀測日值曲線Fig.1 The water radon daily value of Dingxinag spring from the year 2004 to 2006

2 干擾因素

據(jù)范雪芳等（2007）、張文男等（2014）的研究，定襄泉水氡受氣溫、流量及降水量影響，且在一個(gè)水文年內(nèi)，不同時(shí)期有其主要影響因素。

2.1 氣溫干擾

定襄泉水氡每年1—6月受氣溫影響較大。據(jù)張煒等（1988）研究認(rèn)為，氣溫引起水氡值變化的機(jī)理是水氣對流作用。定襄泉為下降泉，出露部位的包氣帶巖層較厚。每年春季氣溫和表層地溫上升，巖層上層地溫較高，致使氣流自上而下流動(dòng)，導(dǎo)致附著在巖石裂隙中的氡氣脫離裂隙，隨氣流流動(dòng)，被未飽和的裂隙水吸收，從而使水氡含量增大。2011—2012年水氡與氣溫變化對比關(guān)系見圖2，可見定襄泉水氡隨氣溫變化而產(chǎn)生相應(yīng)變化，且因氣溫與巖石溫度有一定時(shí)間差，水氡變化相對滯后。

圖2　定襄泉2011—2012年水氡、 氣溫變化對比關(guān)系Fig.2 The water radon，air temperature daily values of Dingxiang spring from the year 2011 to 2012

2.2 降雨和泉水流量干擾

定襄泉水氡多年動(dòng)態(tài)變化與泉水流量關(guān)系密切。每年夏秋季，由于降雨滲入補(bǔ)給，使泉水流量急劇上升，水氡值也隨流量增加而變化。主要存在兩種情況：①流量增大，氡值增大。主要原因是：降雨將巖石裂隙中的氡氣及母體析濾到水中，增加了溶解氡的含量，從而引起水氡突發(fā)性上升，見圖3（a）；②流量增大，氡值減小，主要是由于降雨的淡化作用所致（范雪芳，2011）。當(dāng)1年內(nèi)累計(jì)降水量超過一定閾值時(shí)，低氡含量的雨水從泉口周圍滲入，與地下水混合，水氡含量減?。浑S著降雨量的增加，巖石裂隙中的氡氣逐漸淡化，析濾的氡氣少了，地下水中的氡含量相應(yīng)減少?？梢?，隨著降雨量的增多，水氡濃度減小［圖3（b）］。

圖3　定襄泉水氡、流量、降雨量對比關(guān)系（a）2010—2012年；（b）2015年Fig.3 The water radon，flux and rainfall daily values of Dingxiang spring

3 泉點(diǎn)改造影響

3.1 泉點(diǎn)改造

定襄泉水化采樣點(diǎn)至出水口的引水管道為陶瓷制品，因年久破碎，布滿裂縫，樹根、草根經(jīng)管道裂縫進(jìn)入管內(nèi)生長，使管道處于半堵塞狀態(tài)，部分泉水通過管道裂縫外流，下雨時(shí)地表水通過裂縫進(jìn)入管內(nèi)，影響水氡觀測，于2014年8月22日—9月16日對水化采樣點(diǎn)進(jìn)行改造，將通水管道更換為密封性較好的PE管道，降雨時(shí)地表水無法混入管內(nèi)，出水口泉水流入管內(nèi)，流量增大2/3。

3.2 改造前后氡含量對比

選取泉點(diǎn)改造施工前與改造完成后各10天的水氡觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)施工前定襄泉水氡含量約41—47 Bq/L，改造后約30—33 Bq/L，降幅達(dá)40%（表1）。

表1　定襄泉點(diǎn)改造前后氡含量對比Table 1 Water radon content comparison table before and after the spring point transformation of Dingxiang

3.3 自然環(huán)境影響分析

收集整理定襄泉點(diǎn)改造前后2014—2015年氣溫（日均值）、泉點(diǎn)流量（日值）、降雨量（日總量）資料，繪制水氡、氣溫日值對比曲線及水氡、流量、降雨量日值對比曲線（圖4），分析泉點(diǎn)改造對水氡含量觀測值的影響。

由圖4可見：①2014年、2015年氣溫變化基本一致，2015年8—9月定襄泉水氡含量變化平穩(wěn)，說明2014年泉點(diǎn)改造后水氡大幅下降非氣溫影響導(dǎo)致；②定襄2014年和2015年降雨總量分別為388.8 mm、471.3 mm，2015年水氡含量受降雨及流量影響不大，基本保持平穩(wěn)變化；2014年泉點(diǎn)改造后，泉水出水口流量增大，且降雨時(shí)地表水未混入管內(nèi)，水氡含量應(yīng)該上升，說明泉點(diǎn)改造后定襄泉水氡含量大幅下降不是降雨和流量影響所致。

圖4　2014—2015年定襄泉?dú)鉁?、水氡、流量、降雨量對比曲線Fig.4 The water radon，air temperature，flux and rainfall daily values of Dingxiang spring from the year 2014 to 2015

3.4 改造前后水源處水氡含量對比

2015年9月4日—5日，由于施工改造無法在定襄泉取樣口取樣，故在水源處采樣觀測。泉點(diǎn)改造完成后，因定襄泉水氡含量下降，于2015年10月27日在水源處和取樣口分別采樣進(jìn)行對比觀測。按照《地震水文地球化學(xué)觀測技術(shù)規(guī)范》要求，觀測室溫度保持在15℃—25℃，相對濕度不超過80%，為減小誤差，由專人定時(shí)、定位采用擴(kuò)散器負(fù)壓法采樣，同時(shí)觀測流量、水樣溫度及氣溫。表2為改造前后不同采樣點(diǎn)水氡含量對比結(jié)果，對比表1結(jié)果可知：泉點(diǎn)改造前后，水源處水氡含量變化不大（下降幅度約3 Bq/L），取樣口水氡含量下降幅度較大，超過20 Bq/L。

表2　泉點(diǎn)改造前后不同采樣點(diǎn)水氡含量對比Table 2 Different sampling points around（before and after） the spring point transformation of the water radon content comparison table

3.5 取樣口水氡大幅下降原因

從表1、表2可以看出，改造前后水源處水氡含量基本一致，且明顯高于改造后室內(nèi)取樣口的水氡含量，可見水氡含量下降不是地震前兆異常。排除自然環(huán)境影響，水氡含量下降可能由以下幾個(gè)原因造成。

（1）溶解在水中的氡隨著距離的增加會損失一部分，水源處與取樣點(diǎn)僅相距20 m，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，如此短的距離水氡含量不可能衰變16 Bq·L-1之多。

（2）引水管道更換為PE管道，可能會吸附一部分氡，過程較短，氡的吸附與脫附很快保持平衡。至2015年，定襄泉水氡含量仍然保持低值水平，說明下降變化不是PE管道吸附所致。

（3）定襄泉改造前后出水口照片見圖5，可見：改造前管道出水口沒入水池，出水口處密封，水氡不會擴(kuò)散，取樣口與水源處的水氡含量相差不大；改造后管道出水口在水池上方，出水口處不密封，氡氣可能從管道出水口處擴(kuò)散，從而導(dǎo)致定襄泉水氡含量大幅下降，取樣點(diǎn)與水源處觀測數(shù)值相差較大。

圖5　定襄泉改造前后取樣口對比Fig.5 Sampling comparison picture before and after transformation for Dingxiang spring

4 結(jié)論

通過對定襄七巖泉水氡干擾、泉點(diǎn)改造影響進(jìn)行分析，可以得到以下結(jié)論：多年觀測資料表明，定襄七巖泉水氡含量主要受氣溫、降雨干擾，2014年定襄氣溫曲線形態(tài)與往年一致，且降雨量并非歷年較多年份，說明泉點(diǎn)改造后水氡含量大幅下降非氣溫和降雨所致；泉點(diǎn)改造后，引水管道出水口不密封，導(dǎo)致氡氣擴(kuò)散，可能是定襄七巖泉水氡含量大幅降低的關(guān)鍵因素。

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Abstract

After reconstruction of Qiyan spring at Dingxiang，Shanxi Province in 2014，radon content in water decreased significantly.Through the analysis of various kinds of interference factors，making comparative observation，this falling of radon concentration in water of Qiyan spring at Dingxiang may be affected by the unsealed sampling after the reconstruction.

The impact of spring transformation on water radon of Qiyan spring at Dingxiang，Shanxi Province

Guo Yu1），2），Gao Wenyu1），2），Liu Junfang1），2），Liu Jinzhu1），2），Guo Baoren1），2）and Wang Xiaoxia2），3）
1） Dingxiang Seismic Station，Shanxi Province 035400，China
2） National Continental Rift Valley Dynamics Observatory of Taiyuan，Shanxi Province 030025，China
3） Lishi Seismic Central Station，Shanxi Province 033300，China

transformation of the spring，water radon，interference，seal

10.3969/j.issn.1003-3246.2016.03.009

郭宇（1990-12—），女，助理工程師，2012年畢業(yè)于忻州師范學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，從事地震前兆觀測工作