浅析九江地震台SD—3A与BL2015测氡仪监测效能对比

浅析九江地震台SD—3A与BL2015测氡仪监测效能对比

数字化气氡在九江地震台投入观测已近4年，与模拟水氡观测相比，具有采样率高，数字传输、保存和资料处理快捷方便，人为观测误差少的优点，从而使气氡的信息量大大增加，为捕捉地震短临异常信息提供了有利条件。由于九江地震台气氡值年度变化幅度较大，对监测仪器要求高，所以进行对比观测。我台使用二套数字观测仪，对比分析SD-3A和BL2015两套数字化测氡仪观测资料的年、月、日动态特征和地震、观测环境变化等干扰下的数据反应。发现二套仪器数据年度变化大致趋势一致，但是仍受监测环境和脱气装置的影响，影响到震前数据异常的判断。

标签：氡值；脱气装置；观测环境；SD-3A测氡仪和BL2015测氡仪

1 概述

氡是一种放射性气体，是镭衰变的中间产物，氡在岩石的孔隙和裂隙中以自由氡、吸附氡和封闭氡的形式存在。实验证明，氡反应灵敏，当受到外界的压力、振动等作用时，氡容易从其赋存的介质中逃逸出来，因此，当地下应力发生变化时，地下水中的氡浓度会出现不同程度的变化，这就是水氡观测的依据[1-3]。

图1 氡衰变表

地下水的氡浓度同地壳断层作用（地震引起）存在依赖关系，因此利用水中氡浓度的变化进行地震预测是有效方法之一。地震前会出现氡浓度的异常变化：一类是震前长时间的氡异常（可延续数月至数年）；另一类是地震前短时间尖峰状异常。

氡测量的基本条件是测量的子体要与母体氡222Rn放射性达到平衡。一个衰变链中，子体要与母体达到平衡（即活度A相同）的必要条件是经过子体的5～10个半衰期。氡子体中218Po（RaA）半衰期是3.05分钟，与母体达平衡的时间是15分钟～30分钟以上；氡子体中214Po（RaC’）的半衰期是19.7分钟，与母体达到平衡的时间约100分钟～200分钟如图1所示。

因此水氡采样鼓泡后需要放置约2小时。较长的平衡时间也使许多人对SD-3A测氡仪两次采数间隔只有1小时表示怀疑，而BL2015采数间隔更是只有10分钟。经过分析脱气装置（图2），内部容积约为7L。SD-3A每小时抽气一次，抽气1L；BL2015每10分钟抽气一次，抽气0.1L。脱气装置同时就是集气装置，氡在进入测氡仪之前，在脱气装置内部会经过一段平衡时间。长期的工作中，氡在脱气装置内部已经达到一定的平衡。因此作者认为两套测氡仪的观测数据可靠、可用。

2 动态分析

SD-3A测氡仪与BL2015测氡仪采用相同的脱气装置，由同一井管供水，气管长均为2米。

2.1 年动态对比分析

对观测资料相对稳定的气氡测点以日均值为基础绘制气氡年动态曲线（图3），其形态变化无规律性。年变形态特征可识别中强地震前可能出现的中期前兆异常[4]。除掉干扰部分后，SD-3A测氡仪与BL2015测氡仪年变化趋势基本一致。

2.2 月动态对比分析

气氡的月动态曲线是以日均值为基础绘制而成的。观测以来的月动态特征分析结果表明，月动态类型多样，月变幅不等，表现出较大的不稳定性。月动态具有起伏的特征，其规律性不明显，变化幅度也偏大。这样的特征，不利于识别地震前的阶变、脉冲等短期或短临前兆异常的[5]。

2.3 日动态对比分析

气氡的日动态曲线是以整点值为基础绘制而成的，其日动态特征是不稳定起伏的，且变幅较大。SD-3A测氡仪日变幅往往比月变幅大，说明观测系统本身存在不稳定性；BL2015数值比较稳定，较少有阶变、脉冲异常，但数值变化仍无规律。气氡日动态的不稳定，会影响气氡观测在地震前兆监测中的效能[6，7]。

SD-3A出现超出日常观测值两倍以上的高值异常时，BL2015会同步出现高值异常（图4），两套仪器的观测数据上升和下降过程基本同步。

图3 年动态对比观测图图4 测氡仪高值异常同步

3 仪器干扰及映震情况分析

2013年5月中旬，九江地震台2井出水量增大，井房泄流速度小于井口出水速度，积水最深时约13cm。SD-3A脱气装置底部垫有约10cm高托盘，出水口未受影响。BL2015的脱气装置出水口一度低于水面，在此期间，BL2015观测数据平滑，无明显起伏，无阶变和脉冲现象，数据波形近似于固体潮变化。5月下旬，对井房出水口进行处理，积水排出，观测数据恢复正常如图5所示。6月上旬，九江2井出水量进一步变大，井房泄流口已无法扩大，积水最深时约17cm，BL2015脱气装置出水口低于水面，观测数据波形又呈现近似固体潮变化如图6所示。

图5 脱气装置异常干扰图6 脱气装置异常干扰

SD-3A测氡仪在2011年6月10日出现阶变异常，为6月10日安徽桐城ML4.1地震映震反应。2011年8月中旬气氡观测开始出现高值，（日常观测值约为1.0，高值期间平均15.0，最高达28.4）保持近20天，9月8日基本恢复正常

值，是9月10日瑞昌与阳新4.6级地震的前兆异常。9月13日出现阶变异常，应是9月10日地震的映震反应。（图7）

图7 SD-3A映震与前兆异常

2011年度，九江台500KM范围内ML4.0以上地震共4个，其中3个有明显震后映震反应。2012年度，ML4.0级以上地震仅有江苏金门ML4.1一例，直线距离484公里，无映震反应。2013年度，目前无ML4.0以上地震[8]。

4 结束语

（1）九江台SD-3A测氡仪与BL2015两套测氡仪年度变化趋势相同，对前兆异常有同步变化。九江台气氡变化能够真实的反映地下水来源所受到的应力变化。九江台气氡对地方震有一定的预测能力。500KM以内中强地震，且有较好的映震能力。

（2）目前两套测氡仪月、日动态规律性差，起伏大，在这样的动态背景下只能识别出异常变化值很大的短期与短临前兆异常。

（3）脱气装置的工作环境变化对测氡仪的观测数值有很大影响，需要对脱气装置进行改进完善，保持稳定工作环境，减少干扰。

参考文献

[1]阴朝明，高荣胜，付子忠，等.地震前兆台网观测技术[M].北京：地震出版社，2001.

[2]盂晓春.地震信息分析技术[M].北京：地震出版社，2005.

[3]顾申宜，李志雄，张慧.海南地区5口井水位对汶川I地震的同震响应及其频谱分析[J].地震研究，2010，33（1）：35-42.

[4]刘成龙，鱼金子，赵文忠，等.京津冀地区氡的数字化观测及其地震前兆监测效能评估[J].地震，2006，26（4）：113-120.

[5]李志鹏，靳程，李丽.姑咱台气氡映震效能分析[J].防灾科技学院报，2011，9（3）：15-18.

[6]张子广，张素欣，等.水氡与气氡动态的对比分析[J].华北地震科学，2004，22（3）：1-6.

[7]张昱，李英，等.甘肃及邻区数字化气氡观测及其地震前兆监测效能评估[J].地震研究，2008，7（3）：228-232.