宿迁地震台气氡观测资料影响因素分析.pdf
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1、通过对宿迁地震台2021年气氡观测数据变化影响因素的分析,发现宿迁台地震断层气氡浓度的变化主要受气压和降雨量影响,均呈现出一定的正相关关系,而气氡浓度受气温及地温的影响不大。通过对干扰因素及特征的研究,分析了宿迁台断层气氡浓度的变化规律和影响因素,为准确识别宿迁台周边震前异常信息提供了参考依据,也为今后深入研究断裂活动与断层气氡的关系提供了分析依据。关键词:气氡;气象因素;相关分析;宿迁台中图分类号:P315.72文献标志码:ADOI:10.13693/21-1573.2023.02.010基金项目:江苏省宿迁市科研项目:防震减灾“十三五”发展规划重大课题研究(S201509)收稿日期:202
2、2-12-07修订日期:2023-03-04编辑:张丽作者简介:孙煜杰(1993-),男,山东省烟台市人,毕业于山东科技大学,硕士,助理工程师,主要从事地震监测工作。E-mail:宿迁地震台气氡观测资料影响因素分析0引言地震地下流体是指和地震孕育、发生以及地震构造活动有直接联系的、赋存于地下岩石孔隙中的水、气、油等物质1。大陆地下流体前兆的物理力学机制,是在区域应力作用下,当地壳介质受到力的作用而发生变形时,赋存于介质中的流体会在热力、动力以及化学作用下发生动态的变化,主要是基于强震孕育的动力学原理。伴随着地下应力的变化,在地震孕育过程中,断裂带断层岩石中富含的 U、Ra、Th等放射性元素衰变
3、产生的氡气,经过孔隙度高、结构疏松的土壤时逃逸到大气中,地震活动断裂带产生的断层气氡是地下生成的许多流体组分中最可能大量迁移至地表的,并在地上某一点集中释放,气氡的通量和异常浓度可以很好地反应断层和地震活动情况,断层断裂带内部的岩石破裂与气氡的浓度变化具有较大的关联性。氡是一种放射性气体,是Ra衰变的中间产物,在地震监测中主要以222Rn为观测对象。前人实验证明,氡反应灵敏,当外界的震动和压力产生时,氡容易从其赋存的介质中逃逸出来2,因此,当地下应力变化时,地下的氡浓度会出现不同形式的变化。破裂强度越大的断裂带,产生的裂隙越多,生成的氡也就越多。如Yang等3在对台湾断裂带氡连续观测结果分析时
4、发现,ML4.5以上地震前数天或数周,氡浓度曲线上出现异常峰值。在断裂点附近出现氡浓度高值,与断层走向基本一致,理论上,随着氡的迁移与扩散,氡浓度会以土壤覆盖层的断层面破碎点为中心,向周围递减,因此断层面上的氡浓度较高,而四周较低。由此发现,监测地下逸出的氡,特别是断层处的氡,是流体学科的重要组成部分,将来也将广泛应用于地下流体项目。断裂带为地下气体逃逸提供了通道,由于2期目前对郯庐断裂带宿迁段的跨断层气氡的研究比较少,因此本文选取郯庐断裂带宿迁段进行研究。通过观测断层中气体氡浓度含量的变化,来综合判定其断层活动性及地球化学特征。宿迁地震台气氡观测概况宿迁地震台始建于1972年,为省属区域地震
5、台,坐落于江苏省宿迁市三台山森林公园内。“十三五”期间,宿迁市应急管理局在宿迁地震台(以下简称宿迁台)建设了断层气观测项目,主要以观测土壤氡为主。构造方面位于郯庐断裂带中段的昌邑大店断裂(F1)和白芬子浮来山断裂(F2)之间,区域断层走向以NNE向为主,土层覆盖相对较浅,第四纪覆盖层不足1.5 m,基岩以白垩纪王氏组红色砂岩为主,出露较好。宿迁台气氡观测于2021年1月在江苏省宿迁市三台山公园宿迁地震台采用泵吸式脱气-集气装置、BG2015R型测氡仪进行观测。前人在宿迁台断层气氡观测资料影响因素方面的研究比较少,因此本文对宿迁台气氡观测的现状进行分析,希望气氡观测技术能在今后的地震监测预报中更
6、好地发挥作用。2宿迁台气氡观测资料分析处理宿迁台气氡观测的对象是土壤逸出氡,采用BG2015R型测氡仪观测,整点采样、自动测试,每日产出24个时值,浓度单位为Bq/L。宿迁台氡气浓度变化主要有台阶和脉冲两种比较大的变化(图1a),对观测资料进行分析后发现,造成这两种变化的主要原因是停电、网络故障、吸气脱气装置故障等问题。氡气的日变化曲线以时值为基础绘制,如图2发现其日变化特征相对稳定,数据变化幅度不大。对宿迁台氡气2021年1月至12月的整点值观测曲线进行分析(图1a)。宿迁台氡气浓度正常值在1070 Bq/L之间。2021年1月1日至3月9日,测氡仪刚刚投入使用,工作不正常,数据变化幅度较大
7、,3月9日经过重新填土,观测数据开始稳定,氡气浓度值恢复到了正常水平。整点值曲线中出现的低值突跳是吸气装置与测氡仪之间的导管被水珠堵住,气路不通时的观测结果,气路通畅后,氡值很快恢复。通过核实和分析认为造成高值幅度与频率孙煜杰,等:宿迁地震台气氡观测资料影响因素分析(a)(b)(c)(d)(e)(f)67防灾减灾学报39卷均比低值高的原因主要有以下三方面:一是观测系统导管中水珠含量到达一定程度后完全堵塞气路,导致取气量出现零值,而导管干燥后聚集的氡气全部被下一次取样记录到,导致瞬时高值幅度较大;另一方面是导管正常通气时遇到降水,氡气浓度也会上升,因此高值要比低值频率大;还有就是仪器意外停电、重
8、启后也会出现高值尖峰。3讨论土壤气氡浓度受到构造和非构造因素的影响,主要有地质构造特征,覆盖层土壤类型及特征(如覆盖层厚度、湿度、孔隙度等),气象因素和其他因素等几个方面,如断层的开闭、氡气取样的孔深及周围地温的变化、气压和气温以及降雨等4。这些因素使得断层氡气浓度变化呈现出规律的年变和不规律的突变,不同测点的氡气浓度变化也呈现不同的变化规律。为了明确对宿迁台断层气氡浓度影响最为明显的因素,并与其他断层活动干扰因素相区别,结合前人的研究,本文着重从气象等几个方面来分析其对氡气浓度的影响。3.1 地质构造地质构造上的不均匀性会造成氡气浓度异常,如断层的活动性、存在形式及裂隙发育情况等。根据Kin
9、g等5对美国加州断层土壤气氡的研究发现,逆断层上盘受横向的张性应力影响,发育大量小裂隙,为断层气氡溢出提供了通道,因此逆断层上盘可观察到氡气浓度值的主峰和次峰。宿迁台位于郯庐断裂带上盘,为断层气氡溢出提供了通道。图1 宿迁台氡气2021年全年观测曲线(左列为整点值,右列为月均值)Fig.1 Annual observation curve of radon at Suqian Seismic Station in 2021图2 宿迁台氡气每日浓度曲线Fig.2 Daily radon concentration curve at Suqian Seismic Station(i)(j)(g)(
10、h)682期孙煜杰,等:宿迁地震台气氡观测资料影响因素分析3.2 覆盖层土壤性质土壤中氡气浓度取决于获取量和逸散量两个因素5,其中逸散量与覆盖层土壤性质(厚度、密实度、孔隙度等)有关。当坡度较大或土壤渗透性低的时候,如果覆盖层较薄,则测得覆盖层下面的氡气浓度值高;当坡度较平坦或土壤渗透性较高时,若覆盖层比探测深度大,深部富集的氡气不容易到达探测点,测得的氡气浓度低。宿迁台第四纪覆盖层不足1.5 m,土层覆盖浅,测得的氡气浓度较高。取样深度相同时,氡气浓度还与土壤密实度、孔隙度及颗粒大小等有关。覆盖层颗粒越小,对氡气的封闭性越强,氡气浓度高,相反在粗粒覆盖层中氡气浓度较低。宿迁台为砂岩,土层覆盖
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