備用采樣點對漢中地震臺水氡觀測影響分析

朱宣明　顏文華　馬思航

摘要以漢中地震臺兩個水氡采樣點為實驗對象，通過對比觀測得出主用備用兩個采樣點同日氡值及水溫，分析差異原因。分析結(jié)果表明，備用采樣點觀測結(jié)果會對本臺水氡觀測產(chǎn)生直接影響，增加了數(shù)據(jù)分析的不確定性，并影響觀測結(jié)果的連續(xù)性。

關(guān)鍵詞水氡觀測；采樣點；實驗對比；漢中地震臺

中圖分類號： P315.63文獻標識碼： A文章編號：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

水氡觀測對采樣點的變化比較敏感，只有在相對穩(wěn)定的采樣環(huán)境下，才能得出連續(xù)可靠的觀測數(shù)據(jù)，采樣點的變化或者更換，會對水氡測值產(chǎn)生直接影響。漢中地震臺水氡自1979年開始觀測，時間跨越40余年，投入了大量人力、財力。多年來，臺站人員嚴格按照水氡觀測規(guī)范要求，保證觀測環(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)，對數(shù)據(jù)資料的有效利用可以顯現(xiàn)漢中臺水氡觀測投入的效益。目前漢中地震臺水氡觀測有兩個采樣點，日常以5#井為主采樣點，因停電、設(shè)備維修、抽水量限流等原因中斷抽水情況時有發(fā)生，在5#井停泵時需更換到直線距離約350 m 處的2#井（備用采樣點）進行采樣，在多年實際觀測記錄中，是直接以2#井測值代替5#井測值進行連續(xù)記錄。如不能準確確定2#井測值與5#井測值之間的關(guān)系，就會影響多年產(chǎn)出數(shù)據(jù)的可信度和可靠性，降低漢中臺水氡觀測效能，并給地震分析預(yù)報的研判帶來很大的干擾。

本文以漢中地震臺水氡觀測兩個采樣井為研究對象，利用現(xiàn)有實驗觀測條件，通過大量、長跨度、相同條件下的實測分析，對比主、備采樣點觀測結(jié)果，得到各自測值變化規(guī)律，研究兩井測值相對誤差或存在的關(guān)系，分析2#井作為備用采樣點對漢中臺水氡觀測資料的影響程度，為后續(xù)觀測以及前期積累資料的有效利用分析提供依據(jù)。

1 漢中地震臺水氡采樣點概況

現(xiàn)在水氡采樣點為漢中市自來水公司5#井，2#井為備用采樣井。兩井均位于漢江北岸一級階地上，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、地表水補給，徑流方式除水平流徑外，還通過斷裂帶作垂直運動，排泄途徑為補給上覆含水層及抽水等。5#井開挖于1975 年，屬于潛水井，井深108 m，套管內(nèi)徑383 mm，濾水管進水，進水段長度16.3 m，觀測含水層厚度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—勉縣大斷裂的北西向隱伏斷裂從井區(qū)附近通過，近代發(fā)生的較大地震為1967年南鄭4.8級地震，近年最大有感地震為2018年9月12日寧強5.3級地震（未包括汶川余震，最大余震為2008年5月27日寧強5.7級）。

2 實驗設(shè)計

在不影響漢中地震臺水氡日常觀測的情況下，實驗按季度劃分為4個時段進行，每季度選取10天，每天在兩個觀測井各采集2個樣本，利用現(xiàn)有實驗室條件完成觀測，形成40組共160個觀測結(jié)果，利用數(shù)據(jù)分析軟件進行整理分析。圖2為實驗流程圖[1]。

實驗開始前，對5#井和2#井井房環(huán)境進行了觀察對比，兩井所用水泵屬同一型號，管徑大小一致，井區(qū)環(huán)境差異不大，現(xiàn)場測量井管壓力均為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開狀態(tài)下流量約為0.162 L/s，整個實驗過程中取樣流量控制在0.15—0.17 L/s 之間，觀測室溫度控制在15℃—26℃之間，濕度80%以下。

3 實驗結(jié)果及分析

本實驗以日常觀測為主，配合對比實驗進行加密觀測，實驗人員相對固定，嚴格按照《地震水文地球化學觀測技術(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)成果見表1。

3.1 采樣水溫

對兩井的出水口溫度進行測量并繪圖，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為水溫配對均值。通過配對表可以看出，標準偏差及標準誤差平均值都較小，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，說明整個觀測過程相對穩(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#井采樣時間固定在每日08：30（±10 min），2#井采樣時間固定在每日15：00（±10 min），下午氣溫比上午氣溫高，對水溫測量會產(chǎn)生影響，但兩井井口管道出露地面長度大致相等，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，通過實驗得到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是對兩井均值進行獨立樣本中位數(shù)檢驗。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)值相對集中，無孤值。

從每日水氡均值對比圖（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，數(shù)據(jù)之間有一定的差距，對兩井均值進行成對樣本 T 檢驗（表4），顯著性 P=0.777＞0.05（約束值），說明兩者沒有顯著的相關(guān)性，不具有統(tǒng)計學對比意義。

實際觀測中，氡觀測值受水溫、壓力、礦化度等多種因素影響[2-5]。本實驗在其他觀測環(huán)境相對統(tǒng)一的條件下，通過采集兩個不同采樣點水樣，并選取40組樣本進行日常對比觀測，得到以上實驗結(jié)果。已知兩井井深有明顯差異，水泵進水段位于不同深度的含水層，來自地層內(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?shù)摹﹄敝堤崛∑骄颠M行獨立樣本中位數(shù)檢驗顯示，在一年內(nèi)的對比觀測中，5#井與2#井的氡值各自相對穩(wěn)定，在各實驗條件相同的情況下，兩井氡值均值可按公式 Q5=Q2+5.5進行換算。

4 結(jié)論與建議

通過對漢中地震臺水氡兩個采樣點的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件、水溫和氡值的日均值統(tǒng)計對比分析，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，水泵進水段井深相差較大，井水來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#井水氡年均測值為23.8 Bq/L，年均水溫18.4℃ ， 2#井水氡年均測值為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，漢中地震臺水氡采樣點的變化會直接引起測值變化，2#井作為備用采樣點對數(shù)據(jù)穩(wěn)定性、可靠性影響較大，其測值反映了不同地層的氡值變化，如對數(shù)據(jù)進行連續(xù)性分析，需進行常數(shù)修正。

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

參考文獻

［1］中國地震局.地震水文地球化學觀測技術(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.九江二井氡觀測實驗研究[J].防災(zāi)減災(zāi)學報，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.不同型號測氡儀器在寧德一號井觀測效能分析[J].地震科學進展，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)測中的研究進展[J].地震科學進展，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.蚌埠臺水氡觀測數(shù)據(jù)變化分析[J].地震科學進展，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