会昌地震台新流体井气氡观测对比实验研究
Comparative Experimental Study on Gas Radon Observation in New Fluid Well of Huichang Seismostation
DOI: 10.12677/AG.2022.129122, PDF, HTML, XML, 下载: 43  浏览: 93  科研立项经费支持
作者: 谢 斌, 黄仁桂*:江西省地震局,江西 南昌;江西九江扬子块体东部地球动力学野外科学观测研究站,江西 九江;邓月圆, 余志成, 罗叶美, 钟智东:江西省地震局,江西 南昌;张 磊:甘肃省地震局,甘肃 兰州
关键词: 流体井气氡对比实验Fluid Well Gas Radon Contrast Experiment
摘要: 介绍了会昌地震台新流体观测井的基本情况,通过实验对比分析法,分别采用溅落式脱气装置+BG2015气氡观测仪和溅落式脱气装置+BG2015气氡观测仪在会昌台新观测井进行实验,对比分析会昌气氡稳定性和动态趋势,验证不同的脱气装置是否还会存在数据大幅突跳现象,为新观测井气氡观测提供实验依据。结果表明,会昌地震台新流体井气氡观测数据出现大幅突跳与水质和季节温度变化有关。
Abstract: The basic situation of the new fluid observation well in Huichang seismic station is introduced. Through the comparative analysis of experiments, the sputtering degassing device +BG2015 gas-radon observation instrument and the sputtering degassing device +BG2015 gas-radon ob-servation instrument are respectively used to conduct experiments in the new observation well of Huichang seismic station, and the stability and dynamic trend of Huichang gas-radon are com-pared and analyzed, to verify whether there is still a large data jump phenomenon in different degassing devices, and to provide experimental basis for the new observation of gas radon observation well. The results show that the large jump of gas radon data in the new fluid well in Huichang seismic station is related to water quality and seasonal temperature changes.
文章引用:谢斌, 邓月圆, 余志成, 罗叶美, 钟智东, 张磊, 黄仁桂. 会昌地震台新流体井气氡观测对比实验研究[J]. 地球科学前沿, 2022, 12(9): 1268-1274. https://doi.org/10.12677/AG.2022.129122

1. 引言

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 [1]。氡观测是国际上公认的地震监测手段之一,也是我国地震观测台网中最重要的测项之一,在地震趋势分析与短临震情研判中发挥着重要作用 [2]。

白占孝等2014年针对SD-3A自动仪器连续数字化自动观测这一技术的基础环节存在的诸多问题,通过对湟源台麻尼泉点气氡脱气装置进行反复实验、改造,最终研制完成的脱气装置在麻尼台气氡观测中获得良好效果,改造后数据动态变化明显,整点观测值的离散度明显减小 [3]。黄仁桂等2016年针对SD-SA气氡仪观测九江地震台2号井近年气氧观测值不稳定、连续性和可靠性较差等问题进行设计实验。研制设计了一种电动鼓泡脱气一集气装置,通过新型装置氧观测值比较稳定、且连续性和可靠性均比较好 [4]。刘丽等为减少脱气装置对气氡观测的干扰,提高观测数据质量,改进制作了新型喷射负压式脱气装置,解决了氡观测脱气装置稳定性难题 [5]。邱永平等利用浙江宁波地震台ZK03井气氡观测系统,将集气室出气口与BG2015R型测氡仪进气口连接,排气口与P2000型测氡仪的进气口连接,再从其排气口出气,形成2套仪器作串联比测实验。通过近3个月的观测,并对10分钟值数据作相关系数分析,发现它们具有显著的相关性,BG2015R观测资料的客观性和科学性可以初步得到验证 [6]。

会昌地震台BG2015气氡观测仪的观测数据每隔7至10天左右就会出现大幅突跳,初步判断系脱气装置不匹配引起。为了提高观测数据资料质量,本课题将对会昌地震台新流体井进行气氡观测对比实验,分析气氡变化及特征,探讨数据产生大幅突跳原因,从而提升观测效能。

2. 观测井基本情况

会昌地震台设在江西省赣州市会昌县文武坝镇岚山公园内,距主城区5 km,有简易公路到达台站。岚山公园坐落在会昌县城西、贡江北岸 [7]。岚山公园所处山体海拔400.1米,地貌类型属于侵蚀构造低山地貌。台站风景秀丽,无明显干扰,是地震观测的良好场地,具有优质的地质观测条件,台基岩性为加里东期花岗岩,台基坚硬,背景噪声极低,周围无厂矿与输、变电设施,满足综合台站观测规范的要求 [7]。

新流体观测井位于会昌地震台院内,综合观测楼的西北角部位,处于山坡坡脚,井位场地地形相对平坦,地面标高201米左右。2018年8月正式成井,建设单位为江西省建设勘察设计研究院,成孔深度300.20米,终孔直径130毫米,套管采用DZ50型无缝地质钢管,深度为120米;钻孔为承压自流井,水温20℃~25℃,主含水层为145~159米,自流量约3.97 m3/d,承压效果较好,适合开展地下水物理和地球化学观测。

3. 实验分析

3.1. 观测现状

会昌地震台BG2015气氡观测仪自试运行以来,每隔一段时间观测数据就会出现大幅突跳(如图1),观测数据稳定性差,在冬季观测数据突跳的幅度明显,频率较高。本文利用会昌地震台新流体观测井进行气氡观测对比实验,分析气氡在不同脱气装置下氡值变化及特征,以实验数据为支撑来提高新井气氡观测效能 [8] [9]。

2022年7月,重新架设了一台BG2015气氡仪(连接了溅落式脱气装置),与台站现有运行的一台BG2015气氡仪(连接了自吸式脱气装置)进行观测对比实验(如图2)。实验观测步骤:1) 同一台BG2015气氡仪连接不同容积溅落式脱气装置进行对比观测;2) 在同一观测环境下两台BG2015气氡仪分别连接溅落式脱气装置和自吸式脱气装置进行对比观测 [10] [11]。

Figure 1. Plot of observed gas radon data from September 6, 2021 to July 18, 2022

图1. 2021年9月6日至2022年7月18日气氡观测数据曲线图

Figure 2. Layout diagram of station gas radon meter

图2. 台站气氡仪布设图

3.2. 不同容积溅落式脱气装置观测对比

图3左边是内部容积约4.5 L的溅落式脱气装置,图3右边是内部容积约9 L的溅落式脱气装置,原理是利用水头的落差让水流冲击溅散面,使的水流发生溅散后将水中溶解的气氡脱离出来 [12]。脱气装置也是集气装置,稳定工作一段时间后,脱气装置内部会达到平衡 [4]。

2022年7月3日至12日对比气氡仪BG2015连接了容积为4.5 L的溅落式脱气装置,发现在7月6日气氡值达到最高值36 Bq/L,7月7日开始气氡值稳定在3 Bq/L附近(如图4)。考虑到氡值太低,在确保进水口进水量一致的前提下,2022年7月13日更换容积为9 L的溅落式脱气装置,发现在安装脱气装置当天气氡值达到最高值41 Bq/L,7月14日开始稳定在15 Bq/L附近(如图5)。从实验数据我们可以看出两种不同容积的溅落式脱气装置的气氡值最高值与稳定值都相差很大,说明该脱气装置的稳定性较差。两套脱气装置稳定后的氡值都很低,我们分析可能该脱气装置的进水口或出水口存在漏气,导致脱出进入BG2015气氡仪闪烁室的氡气量很少,从而导致氡值偏低 [13]。

Figure 3. Sputtering degassing device

图3. 溅落式脱气装置

Figure 4. Compare the data curve of gas radon meter from July 3 to 12

图4. 对比气氡仪7月3日至12日观测数据曲线图

Figure 5. Compare the data curve of gas radon instrument from July 13 to 19

图5. 对比气氡仪7月13日至19日观测数据曲线图

3.3. 溅落式脱气装置与自吸式脱气装置观测对比

会昌地震台新流体观测井是动水位井,2019年2月开始采用自吸式脱气装置进行脱气。此类脱气装置采用井水溅射入腔体所产生的负压进行脱气,脱气效率比以往有了较大提升 [14]。溢水口管径应稍大于进水口管径(如图6)。

Figure 6. Compare the data curve of gas radon instrument from July 13 to 19

图6. 对比气氡仪7月13日至19日观测数据曲线图

去掉异常数据,拉长时间轴,我们选取2022年7月14日至8月23日两套不同脱气装置连接的BG2015气氡仪产出的实验数据。连接溅落式脱气装置BG2015气氡仪氡值最高值是7月14日0时,氡值16.311 Bq/L,最低值是8月21日06时,氡值6.474 Bq/L,平均值是11.644 Bq/L (如图7)。连接自吸式脱气装置BG2015气氡仪氡值最高值是8月22日04时,氡值219.22 Bq/L,最低值是7月14日19时,氡值198.168 Bq/L,平均值是209.897 Bq/L (如图8)。从图7图8的数据我们可以看出,连接自吸式脱气装置的BG2015气氡仪氡值远高于连接溅落式脱气装置的气氡仪产出的氡值,说明脱气图7的脱气装置脱气效率远低于图8的脱气装置;图7的观测曲线在7月19日、8月7日和8月19日出现了3次下降,而图8从7月14日至8月23日整个实验阶段观测曲线未出现明显变化,说明图8的脱气装置运行更稳定 [15]。

Figure 7. Compare the data curve of the gas radon instrument from July 14 to August 23, 2022

图7. 对比气氡仪2022年7月14日至8月23日观测数据曲线图

Figure 8. The observation data curve of the station gas radon meter from July 14 to August 23, 2022

图8. 台站气氡仪2022年7月14日至8月23日观测数据曲线图

4. 结论与讨论

综上所述,本文针对同一型号的BG2015气氡仪连接同型号不同容积的脱气装置和不同型号的脱气装置开展对比实验,得到以下实验认识和结论。

1) 同一种类型的溅落式脱气装置,在进水量稳定一致的情况下,装置大小不同,容积不同,脱气装置的脱气效率也不同,导致同一套气氡仪的观测值大小差别较大。

2) 根据两台相同型号的仪器在连接不同脱气装置条件下的实验数据对比来看,溅落式脱气装置脱气效率要远低于自吸式脱气装置。

3) 溅落式脱气装置的进水口和出水口可能存在气体泄露,溅落式脱气装置的稳定性要低于自吸式脱气装置。

4) 会昌井气氡观测数据出现大幅突跳基本上发生在2021年11月份至2022年3月份,结合日常观测可以得出会昌井气氡观测数据出现大幅突跳与水质和季节温度变化有关,冬季进气管内的水蒸气遇冷凝结成水,水中含杂质导致进气管堵塞,造成数据突跳。

基金项目

中国地震局监测、预报、科研三结合课题(3JH-202201014)和江西九江扬子块体东部地球动力学野外科学观测研究站开放基金资助项目(OGYB202006)共同支持。

NOTES

*通讯作者。

参考文献

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