寶雞地區(qū)水氡數(shù)據(jù)異常變化影響因素對(duì)比分析

梁向東，陳全智，薛鳳英，史會(huì)忍，姬東姣，謝佳興

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

0 引 言

氡是天然放射性元素，在水及巖土中可以溶解、吸附、遷移和擴(kuò)散,而氡的溶解度大小與水的溫度、壓力、礦化度等因素有關(guān)。由于氡被巖石、土壤顆粒表面吸附、溶解于地下水并隨地下水遷移等過程，都受到環(huán)境溫度、壓力等條件的影響，因此無論在巖土空隙中的自由氡含量還是地下水中溶解氡的含量都將隨環(huán)境溫度、壓力等變化而變化。當(dāng)?shù)卣鹪杏^程波及到觀測(cè)含水層時(shí)，引起上述因素的任何變化，都可能影響地下水中溶解與逸出氡及巖土空隙中的自由氡含量。水氡觀測(cè)尤其是地震水氡觀測(cè)是地震學(xué)研究觀測(cè)時(shí)間最長(zhǎng)、最廣泛的地下流體項(xiàng)目之一，而在實(shí)際觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)降雨、流量、氣溫則常是造成水氡數(shù)據(jù)異常變化的主要因素[1-2]。

通過對(duì)寶雞高泉、隴縣珍珠泉、上王咸水渠泉等3個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)水氡數(shù)據(jù)異常變化進(jìn)行研究，對(duì)比分析流量、降雨、氣溫對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響，有助于今后數(shù)據(jù)處理中識(shí)別和排除影響干擾，并提取與確認(rèn)地震異常變化信息。

1 構(gòu)造背景

寶雞高泉觀測(cè)點(diǎn)位于寶雞市西郊，地處秦嶺侵蝕構(gòu)造山地北緣，西側(cè)地形陡峭，屬風(fēng)化裂隙下降泉。地層巖性為元古界絹云母片巖，地質(zhì)構(gòu)造處于北西向桃園—龜川寺斷裂帶及東西向天水—寶雞斷裂帶交匯區(qū)。隴縣珍珠泉觀測(cè)點(diǎn)位于寶雞市隴縣溫水鎮(zhèn)柴家洼村，地處關(guān)中西部北西向的隴縣六盤山斷裂帶上，臺(tái)基出露為震旦系白云母灰質(zhì)巖。上王咸水渠泉觀測(cè)點(diǎn)位于寶雞市陳倉區(qū)縣功鎮(zhèn)南關(guān)村，在區(qū)域構(gòu)造上歸屬隴西旋卷構(gòu)造體系向東南延伸部分，北西向斷裂帶活動(dòng)是咸水渠泉發(fā)育形成的主要地質(zhì)構(gòu)造條件，水點(diǎn)出露地層為白堊系紫紅色砂巖。以上三個(gè)泉點(diǎn)的水氡觀測(cè)均使用FD-125型氡釷分析儀。

2 寶雞地區(qū)水氡動(dòng)態(tài)特征

2.1 寶雞高泉、隴縣珍珠泉、上王咸水渠泉水氡的正常動(dòng)態(tài)

2015～2020年，寶雞高泉、隴縣珍珠泉、上王咸水渠泉水氡都具有明顯的周期特征，有固體潮效應(yīng)和夏高冬低年動(dòng)態(tài)規(guī)律變化(圖1)。水氡每年的最低值出現(xiàn)在春、夏之交，最大值出現(xiàn)在秋、冬之交，每年從3月起水氡就開始呈上升趨勢(shì)，10月起呈下降趨勢(shì)。

圖1 2015年以來寶雞高泉(a)、隴縣珍珠泉(b)、上王咸水渠泉(c)水氡變化曲線

2.2 影響因素分析

氡在地下水中水平與垂直方向分布不均勻，水氡的動(dòng)態(tài)變化受環(huán)境溫度、壓力等條件的影響，而且臺(tái)站的水氡觀測(cè)以人工操作為主，所以按照《地震水文地球化學(xué)觀測(cè)技術(shù)規(guī)范》[3]對(duì)水氡進(jìn)行定點(diǎn)、定時(shí)、定量的采樣，以保證水樣能真實(shí)地反映地下水中氡的客觀變化。氣溫、流量、降雨則是造成水氡測(cè)值動(dòng)態(tài)的主要影響因素[4]。

3 影響因素對(duì)比分析

3.1 降雨、流量與水氡

降雨是影響流量變化的主要因素。在降雨較多的雨季(7～9 月)隨著氣溫增高、氣壓降低，水汽循環(huán)加大，雨水從泉口周圍裂隙滲入，與地下水混合，流量會(huì)在原有基礎(chǔ)上滯后數(shù)天上升一個(gè)小臺(tái)階[5]。例如，2018年6月寶雞高泉、2019年6月上王咸水渠泉，因持續(xù)降雨造成地下水水含量急劇增加，導(dǎo)致泉水流量在數(shù)天后上升一個(gè)臺(tái)階，隨著降雨的減少，流量逐步下降并恢復(fù)正常(圖2)。

圖2 寶雞高泉(a)、隴縣珍珠泉(b)、上王咸水渠泉(c)流量與降雨變化曲線

2018年7月寶雞高泉、2020年8月上王咸水渠泉流量上升，由于地下水中溶解的氡氣被稀釋，水氡測(cè)值出現(xiàn)下降變化，之后泉水流量逐步減小，地下水量降低，水氡值出現(xiàn)小幅度回升后逐步恢復(fù)正常。水氡值隨著流量的增大而降低，隨流量的降低而小幅度回升，這表明寶雞高泉、上王咸水渠泉水氡和流量具有一定的負(fù)相關(guān)性,并且流量對(duì)水氡的影響具有滯后效應(yīng)，變化滯后期大概為10天左右(圖3a、c)。

隴縣珍珠泉為自流泉，其泉水一部分是地下深部溫泉水自流而出，水氡含量較低；另一部分是降雨引起的中淺部土壤巖石滲水，水氡含量較高，所以泉水中淺部降雨補(bǔ)給水含量對(duì)泉水中氡含量影響較大。例如，2019年7月隴縣珍珠泉受持續(xù)降雨影響，泉水中淺部水含量增高，泉水流量上升水氡測(cè)值出現(xiàn)上升變化，之后由于降雨結(jié)束，泉水中淺部水含量降低，流量驟降，水氡測(cè)值對(duì)應(yīng)減小逐步恢復(fù)正常水平，隴縣珍珠泉流量與水氡值在短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)性[6](圖3b)。

圖3 寶雞高泉(a)、隴縣珍珠泉(b)、上王咸水渠泉(c)水氡與流量變化曲線

采樣點(diǎn)的流量變化對(duì)水氡測(cè)值的影響較大。當(dāng)流量在正常動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)變化時(shí)，流量與水氡測(cè)值具有一定的相關(guān)性，長(zhǎng)周期變化趨勢(shì)較為吻合[7]。

3.2 氣溫與水氡

水氡測(cè)值有夏高冬低的年動(dòng)態(tài)，主要受氣溫的影響。年動(dòng)態(tài)表現(xiàn)為隨氣溫的變化而起伏，氣溫升高時(shí)，地下水中溶解的氡氣濃度升高，水氡值升高；氣溫下降時(shí)，地下水中溶解的氡氣濃度降低，水氡值降低。水氡與氣溫呈現(xiàn)同步升降變化，具有一定的正相關(guān)性，長(zhǎng)周期變化趨勢(shì)較為吻合(圖4)。

圖4 寶雞高泉(a)、隴縣珍珠泉(b)、上王咸水渠泉(c)水氡與氣溫變化曲線

4 結(jié) 論

對(duì)寶雞高泉、隴縣珍珠泉、上王咸水渠泉3個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)的水氡觀測(cè)數(shù)據(jù)做對(duì)比分析，提取不同外界干擾影響因素下水氡的異常變化特征，初步得到以下認(rèn)識(shí)：水氡數(shù)據(jù)異常變化主要影響因素為流量、降雨、氣溫。流量在正常動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)變化時(shí)，流量與水氡具有一定的相關(guān)性，而且降雨對(duì)水氡值、流量的影響有一定的滯后效應(yīng)。氣溫與水氡呈現(xiàn)同步升降變化，具有一定的正相關(guān)性，長(zhǎng)周期變化趨勢(shì)較為吻合。通過總結(jié)外界因素對(duì)水氡異常變化的影響規(guī)律，有助于判斷水氡異常變化是地震前兆異常還是其他因素的異常。