元谋地震台气氡脱气装置改造及效果分析.pdf
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1、Mar.2023PLATEAUEARTHOUAKERESEARCH2023年3月Vol.35 No.第1 期原地震高第35 卷元谋地震台气氢脱气装置改造及效果分析施建明,周建荣,肖鑫,何志辉(1.云南省地震局楚雄地震监测中心站,云南楚雄675000;2.云南省地震局通海地震监测中心站,云南通海652700)摘要:元谋地震台水化观测站气氢脱气装置由于脱气效果较差,排水口堵塞及输气管堵塞等干扰,严重影响气氛观测质量,在2 0 1 6 年由溅落式脱气装置改造为自吸气鼓泡式脱气装置,经过2 0 1 7 年一整年的气氮连续观测,发现自吸气鼓泡式脱气装置存在由于水质较差,排水口堵塞问题,需要每周清洗一次脱
2、气装置,因此重新改造为溅落式脱气装置。改造后,通过一整年的观测数据分析,较脱气装置改造前相比,气氢值明显升高,气氛观测稳定性明显提升,观测数据不受脱气装置影响。关键词:元谋地震台;气氢;鼓泡脱气装置;溅落式脱气装置中图分类号:P315.72*3文献标识码:A文章编号:1 0 0 5-5 8 6 X(2023)01-0043-050引言地球化学是研究地球的化学组成、化学作用和化学演化的科学,基于研究目的的不同分类较为广泛,而地震地球化学就是其中之一。地震地球化学是研究地震孕育、发展、发生过程中地下水、岩石、气体组分及化学成分等变化与地震关系的科学。地下流体气氢观测是地震构造地球化学监测研究的重要
3、组成部分2 。氢气是一种放射性惰性气体,由铀、镭(U,Th)经过系列衰变产生。自然界中有3种放射性氢同位素,即2 1 9 Rn、220Rn和Rn。其中,Rn半衰期最长,为3.8 2 5 d,地震监测中主要是以2 2 2 Rn为观测对象。氮能溶于水和有机质,在地质环境中除以气态方式迁移外,还以溶解态伴随地下水和土壤水迁移3。1969年以来,地震监测研究者将氢的模拟观测整理为人工取样、人工观测、人工计算氢浓度和人工发送数据等一整套台站观测工作。但模拟水氢在观测中,脱气为手工操作,受影响因素较多。在“九五”期间,经过对全国大多数水化台站的改造,同时大量文献着重介绍了水氨与气氢的相同之处,气氢观测逐步
4、开始普及4元谋地震台(以下简称元谋台)水化观测站于2 0 0 7 年开始气观测,观测仪器为SD-3A智能数字气氨仪,由于未配备统一的脱气装置,自观测开始,使用的脱气装置为自行设计的溅落式脱气装置,在使用期间,多次对脱气装置进行改造,但效果并不理想。2 0 1 6 年1 1 月对元谋台水化观测站脱气装置进行改造,使用自吸鼓泡式脱气装置。改造完成后,经过2 0 1 7 年一整年的观测,虽然脱气效果有一定的提升,但也存在较多问题。2018年8 月,再次对元谋台水化观测站脱气装置进行改造,拆除自吸鼓泡式脱气装置,改造为溅落式脱气装置,经过长时间的气氢观测,气氢观测值连续可靠,观测效果较为理想。1观测井
5、口概况元谋台地下观测井(滇0 2 井)位于元谋县城西5 km的热水塘村,该观测井于1 9 8 2 年1 1 月经过国家地震局地下水动态观测网点验收合格,1985年9 月又经我省对水化台网的调整论证后被纳人国家水化II类台站。元谋观测井(滇0 2 井)位于元谋大断裂西,井口标高1 0 6 5.2 0 m,井深5 45.6 6 m,观测层位于2 8 0 5 45.6 6 m,在5 42.7 7 m处以下为断裂破碎带,是该井的主要水源区,观测井水温度背景值在36.5 38.8,井口建设完成时井水流量为2.652.75L/S,由于目前观测井分为三个管路收稿日期:2 0 2 2-0 7-0 4作者简介:
6、施建明(1 9 9 3一),男,云南元谋人,本科,助理工程师,主要从事地震地下流体观测工作。Ema i l:8 6 7 8 0 6 41 7 q q.c o m。地原震高44第35 卷流出,流量仪仅测量一个排水口流量,测量值平均为0.1 1 8 6 L/S。该井以承压水为主。地下径流条件较好,动态稳定。地下水化学成分为受断裂带控制下的热水泉,其水质较差,为高矿化度(矿化度1.9 g/L)、弱碱微水,并含有害物质,有硫黄味,不能饮用。目前元谋台气观测共有两台仪器,分别为中国地震局预测研究所研制的SD-3A型气观测仪和郑州晶微科技有限公司设计的DDL-1型气氢观测仪,SD-3A气氨仪为“九五”期间
7、安装观测,于2 0 0 7 年开始观测;DDL1 为云南省地震局仪器更新期间安装,于2 0 1 7 年1 1 月开始观测。目前两台气观测仪器使用一套脱气装置,气路连接情况为:脱气装置一冷却瓶DDL1气仪电离室一集气瓶一SD一3A气氢仪,SD-A气氢仪由于使用时间较长,故障率较高,且厂家已不生产此设备,备件无法购买,已在2 0 2 1 年3月17日审批停测2脱气装置改造2.1原脱气装置存在问题元谋水化观测站SD-3A气氢观测仪于2 0 0 7年安装运行,DDL1 气仪于2 0 1 8 年1 月正式人网运行。由于未配备统一的脱气装置,元谋水化观测站一直使用的都是自行设计的简单的脱气装置,虽然经过多
8、次的升级改造,但存在的问题一直没有得到有效的解决。比如冬季气路内冷凝水堵塞,测值不稳定和脱气不充分等一直影响着观测数据的连续性及观测质量。2016年底在省局专家的牵头下,对元谋台水化观测站气氢脱气装置进行改造,拆除原有简陋的脱气装置,使用小巧的自吸气鼓泡式脱气装置(图1),其材质为有机玻璃。观测井水从泄流口一端连接缓冲罐,使用皮管连接缓冲罐与鼓泡式脱气装置进水口,逸出气体由出气口连接到集气瓶,最后到达气氢观测仪器。该脱气装置的原理是:利用自流井具有自流的特性,观测井水充满整个脱气管路,且具有一定的压力,而观测井水在管道中高速流动,水流与固体边界产生摩擦作用,脱气管路内各水层之间有着较大的流速差
9、,形成涡体;如果进水口与脱气装置底面存在一定的落差,则形成立轴涡体,通过鼓泡的形式,使观测井水中的气体逸出5 改造后,气氢观测数据在一段时间内比较稳定。但在经过近1 0 个月的连续观测后,发现经过改造后的脱气装置依然存在问题。经过一周的连续脱气观测,发现气氨观测值出现下降趋势,且下降幅度较大;工作人员对观测仪器进行检查,发现仪器运行正常,未出现故障及测定时高压漂移情况,而后对输气管路和集气瓶进行检查,没有发现输气管路和集气瓶漏气情况。在检查过程中,工作人员发现原本透明的脱气装置内壁被黄色物质附着,将脱气装置拆下后,发现脱气装置进水口,出水口有堵塞,且出气口有水渍。用硫酸将脱气装置清洗干净,接人
10、气路后,气氨测值上升,并最终恢复到正常测值。由于是观测井水水质问题造成,且脱气装置为成品,无法进行改造,所以每周都必须对脱气装置进行清洗两次,才能够保证气氨数据的质量;而清洗脱气装置一般需要十分钟左右,这段时间同样影响了气氢正常观测。气氨仪电离室缓冲罐鼓泡脱气装置冷却装置图1改造前脱气装置期施建明及效果分析第452.2脱气装置改造试验及制作流程自吸气鼓泡式脱气装置在长时间的连续观测中,存在排水口和排气口堵塞,输气管路因温差变化,产生冷凝水堵塞气路等问题,造成气氨数据出现不同程度的数据阶变,故重新设计脱气装置,采用溅落式脱气装置,以解决上述存在问题,同时提升气氨观测质量。溅落式脱气装置的原理为:
11、利用水的自由落体,冲击伞状物发生溅落碰撞,从而将水中溶解的气体脱离出来为节约成本,又能达到前期测试效果,购买直径2 2 cm,高9 0 cm的PVC管,PVC管上口、下口两个堵头,并设计伞形物作为溅落式脱气的装置。将伞状物安装在5 0 型号PVC管一端,使用堵头熔接,保证密闭;另一端同样使用堵头熔接,由泄流口引人观测井水,使井水进人脱气装置,观测井水撞击伞状物,从而将溶解于井水中的气体脱离出来,气体由顶端的输气口排出,经过水气分离,最后气体进入仪器电离室进行观测。制作完成后,安装进行测试。经过测试发现:(1)脱气效果明显增强,未出现堵塞现象。(2)由于元谋水化观测站观测井属于承压井,引出的井水
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