斷層氣氡檢測(cè)在地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用研究

張佳佳

（金昌市防震減災(zāi)管理局，甘肅 金昌 737100）

斷層氣氡檢測(cè)在地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中的應(yīng)用研究

張佳佳

（金昌市防震減災(zāi)管理局，甘肅 金昌 737100）

現(xiàn)階段，化學(xué)元素氡的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中不斷地推廣，其中地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)就是其最為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域之一。在地震監(jiān)測(cè)中應(yīng)用氡元素的檢測(cè)不僅能夠?yàn)檠芯咳藛T提供相關(guān)的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐，還能夠依據(jù)氡的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來對(duì)相關(guān)地質(zhì)研究進(jìn)行趨勢(shì)性的推測(cè)，這會(huì)極大地促進(jìn)我國(guó)地質(zhì)方面的研究以及地質(zhì)相關(guān)科技的研發(fā)。本文主要對(duì)氡測(cè)量的方法進(jìn)行探討，并對(duì)測(cè)量氡的相關(guān)儀器進(jìn)行介紹。此外，還對(duì)氡測(cè)量技術(shù)在地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。

監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)；斷層氣氡；地震；應(yīng)用

氡是一種放射性的物質(zhì)，其化學(xué)性質(zhì)為惰性，具有較高的原子量。我們所生活的地球，由于地殼運(yùn)動(dòng)而不斷的向四周發(fā)散氡這種元素，這就讓我們所生活的空間或多或少的都會(huì)含有一定量的氡元素，尤其是在地震發(fā)生的前夕，由于地應(yīng)力的活動(dòng)較為強(qiáng)烈，所以氡氣的活動(dòng)速度以及運(yùn)移的速度會(huì)有所加快，這樣，某個(gè)區(qū)域的氡氣含量以及氡氣變化量會(huì)有所異常，這時(shí)一旦地下含水層的地應(yīng)力發(fā)生一些改變，讓地下水的活動(dòng)加快，就會(huì)讓氡氣的擴(kuò)散也變得更快，使得氡氣的含量進(jìn)一步增加，因此，氡元素的變化軌跡以及氡氣的運(yùn)動(dòng)可以作為進(jìn)行地震監(jiān)測(cè)以及預(yù)測(cè)地震的主要研究對(duì)象。

1　氡測(cè)量的方法

1.1氣體電離法

電流電離室法的工作原理：含氡氣體進(jìn)入電離室，氡及其子體放出的α粒子使空氣電離，產(chǎn)生大量的電子和正離子，在電離室內(nèi)壁和收集極之間的電場(chǎng)作用下，正電荷形成電離電流，這種微弱的電流使靜電計(jì)石英絲系上的電荷積累起來，電位逐漸升高，引起絲系的偏轉(zhuǎn)，氡氣的濃度直接由絲系偏轉(zhuǎn)速度來計(jì)算。優(yōu)點(diǎn)是：方法可靠，測(cè)量速度較快，受濕度影響小，可以直接收集空氣樣品進(jìn)行測(cè)量；缺點(diǎn)：靈敏度低，不滿足低濃度氡的測(cè)量需要，由于只反映入射粒子電離后的平均效應(yīng)，不能反映入射粒子的能量大小。因此，在實(shí)際氡氣檢測(cè)中，氣體電離法的測(cè)量技術(shù)應(yīng)用的并不廣泛。但是，在某一些的特殊場(chǎng)合卻必須應(yīng)用此種方法。所以，氣體電離法檢測(cè)氡氣通常是與其他氡氣的檢測(cè)方法合并進(jìn)行應(yīng)用。

1.2閃爍室法

粒子進(jìn)入閃爍體與之發(fā)生作用，閃爍體吸收帶電粒子能量而使原子、分子電離和激發(fā)；受激原子、分子退激時(shí)發(fā)射熒光光子，利用反射物和光導(dǎo)將閃爍光子盡可能多地收集到光電倍增管的光陰極上，由于光電效應(yīng)，光子在光陰極上擊出光電子，光電子在光電倍增管中轉(zhuǎn)化為電子流，電子流在陽極負(fù)載上產(chǎn)生電信號(hào)，此信號(hào)由電子儀器記錄和分析。優(yōu)點(diǎn)：粒子適用范圍廣，探測(cè)效率高，探測(cè)下限低，準(zhǔn)確度高，制作工藝成熟、成本低；缺點(diǎn)：儀器由幾部分組成、較笨重，能量分辨率較低，并且隨時(shí)間增加，探測(cè)效率逐漸減小［1］。閃爍室檢測(cè)法是較為常見的一種檢測(cè)方法，雖然其在應(yīng)用的過程中會(huì)有各種各樣的問題，但是，由于其在使用檢測(cè)過程中無與倫比的優(yōu)勢(shì)，所以其在實(shí)際生活中的應(yīng)用還是較為廣泛的，通常情況下，設(shè)備較新的氡氣檢測(cè)無需進(jìn)行二次檢驗(yàn)，但是在儀器設(shè)備較為老舊時(shí)就必須反復(fù)進(jìn)行氡元素的檢驗(yàn)，以此來更好的確定數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1.3固體電離法

固體電離法的主要工作原理是通過在靜電場(chǎng)中的半導(dǎo)體收集樣本，然后在半導(dǎo)體中產(chǎn)生空穴—電子對(duì)，使電場(chǎng)的兩級(jí)分開，并集中在陰陽兩極中，從產(chǎn)生的粒子損失量中能夠探測(cè)中射線的強(qiáng)度，更好的給出電離子的能譜。該種方法應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠快速的反應(yīng)粒子的能量，并且堅(jiān)固耐用，缺點(diǎn)是僅能夠?qū)﹄钡乃プ凅w進(jìn)行測(cè)量，并且十分容易受到潮濕環(huán)境的影響。

1.4徑跡蝕刻法

該種方法主要的檢測(cè)步驟是先對(duì)放射源進(jìn)行照射，然后對(duì)探測(cè)器的蝕刻以及固體的徑跡進(jìn)行測(cè)量、觀察以及分析。其主要優(yōu)點(diǎn)為：價(jià)格較低，體積小容易攜帶并且靈敏度較高，其缺點(diǎn)在于采樣的時(shí)間較長(zhǎng)，并且探測(cè)器之間的差異較大，對(duì)蝕刻的過程把握的較難。

徑跡蝕刻法以及固體電離法在實(shí)際生活中的應(yīng)用并不多，追其根本原因是這兩種方式受到的外界環(huán)境影響較大，實(shí)際操作的難度較大，這不僅會(huì)耽誤操作人員的時(shí)間，也會(huì)大大降低檢測(cè)的效率。

2　氡測(cè)量的相關(guān)儀器

首先要介紹的是FD-125型氡釷分析儀，其主要應(yīng)用的是閃爍室分析法進(jìn)行氡濃度的檢測(cè)，將樣品射入靜室靜止1小時(shí)后，進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量后要對(duì)圓盤進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，然后人工的計(jì)算過程，在計(jì)算結(jié)束后，將儀器清潔干凈，該儀器的優(yōu)勢(shì)在于能夠長(zhǎng)期的觀測(cè)氡氣濃度的變化。其次，是SD-3A型自動(dòng)測(cè)氡儀，其主要應(yīng)用的是閃爍室法測(cè)量氡的濃度，將井水通過井管進(jìn)入到脫氣—集氣的裝置內(nèi)，然后該儀器會(huì)自動(dòng)進(jìn)行樣品的采集以及數(shù)據(jù)的測(cè)量等工作，該儀器具有較高的抗腐蝕性以及抗潮性。再次是PQ2000儀器的測(cè)量方式，該儀器不會(huì)受到濕度的影響，并且操作簡(jiǎn)便，因此，較為事業(yè)野外以及臺(tái)站的觀測(cè)使用［2］。最后是RAD7測(cè)氡儀，該儀器能夠有效避免濕度對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響，能夠更好的提高測(cè)量的精度，此外，還能夠主動(dòng)進(jìn)行樣品的采集以及數(shù)據(jù)的測(cè)量工作。對(duì)比以上幾種測(cè)量?jī)x器，F(xiàn)D-125較為穩(wěn)定，但是智能化的程度較低，SD-3A的自動(dòng)化程度較高，但是受到影響也較大，穩(wěn)定性差，RAD7則需要進(jìn)行干燥處理，因此也不適用于臺(tái)站的長(zhǎng)期觀察，只有PQ2000的穩(wěn)定性以及可靠性最強(qiáng)，也是目前作為氡氣觀測(cè)的主要設(shè)備之一。

3　氡測(cè)量技術(shù)在地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中的發(fā)展趨勢(shì)

除了以上幾種較為常見的氡測(cè)量技術(shù)外，還有一些并不十分常見，但是也能夠用于氡元素測(cè)量的方法，如雙濾膜法，該種方法是依據(jù)氡固有累積的方式以及衰變的規(guī)律來對(duì)氡氣的濃度進(jìn)行測(cè)量，如氣球法，其工作的原理與雙膜法的十分類似，僅僅是用氣球來替代衰變筒，這種檢測(cè)的方法是一種主動(dòng)式采樣技術(shù)，但是該種方式有一個(gè)十分嚴(yán)重的缺點(diǎn)，就是僅能夠?qū)﹄痹氐乃矔r(shí)測(cè)量值進(jìn)行顯示，對(duì)空氣中氡元素的波動(dòng)性無法顯示。此外，還有活性炭吸附法等等。

在氡測(cè)量?jī)x器的開發(fā)應(yīng)用中，高效率的探測(cè)技術(shù)、低成本的測(cè)量經(jīng)費(fèi)以及較高的適應(yīng)性是氡測(cè)量方法以及氡測(cè)量?jī)x器未來的發(fā)展趨勢(shì)。近些年來，由于光電子技術(shù)的不斷發(fā)展，很多的電子設(shè)備都向小巧、輕便的方向進(jìn)行發(fā)展，氡測(cè)量?jī)x器的發(fā)展當(dāng)然也是如此，向著小型化、高效率、多功能、模塊化以及集約化進(jìn)行發(fā)展。同時(shí)，在儀器的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該依據(jù)不同的檢測(cè)要求在儀器類型和精確度方面進(jìn)行改進(jìn)和研發(fā)。除此之外，氡檢測(cè)儀器中前端放大器的改進(jìn)也是十分重要的。因此，放大器的改進(jìn)方向應(yīng)該是增加檢測(cè)儀器的靈敏性以及穩(wěn)定性，使其能夠在特定的條件下對(duì)地下水中的氡元素進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)行精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析，這種改進(jìn)的方式對(duì)觀測(cè)儀器的更新和發(fā)展有著十分關(guān)鍵的作用。在未來地震監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的氡元素測(cè)量中，將以地下水中的氡元素作為主要的觀測(cè)對(duì)象。此外，氡元素在空氣中的分布狀況以及運(yùn)動(dòng)情況也能夠作為判斷該地域是否將要發(fā)生地震的重要依據(jù)，故而氡元素的檢測(cè)及數(shù)據(jù)分析已經(jīng)成為地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)科學(xué)研究中的重點(diǎn)之一。而小巧型的氡元素檢測(cè)儀器，目前已經(jīng)有所研發(fā)，其中RLM—I型儀器為主要應(yīng)用設(shè)施［3］。

4　結(jié)束語

隨著人們對(duì)地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)科學(xué)研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)氡元素的變化與地震的發(fā)生有著很大的關(guān)聯(lián)，這就讓人們對(duì)氡元素的變化監(jiān)測(cè)之于地震預(yù)測(cè)的作用和意義產(chǎn)生了很深的興趣，經(jīng)過相關(guān)人員的研究表明，在地震發(fā)生的前夕，氡氣或者氡元素的運(yùn)動(dòng)會(huì)發(fā)生很大的變化，依據(jù)有關(guān)的檢測(cè)儀器進(jìn)行分析后，就能夠?qū)磳l(fā)生地震的地域進(jìn)行大致的劃分，對(duì)將要到來的地震等級(jí)進(jìn)行大概的確定，這樣就能夠在很大程度上減少地震中的人員傷亡，極大可能的減少人們的經(jīng)濟(jì)損失以及心理的創(chuàng)傷，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的建設(shè)和人民生活的保障有著重要的意義。

［1］ 王博，黃輔瓊，簡(jiǎn)春林.嘉峪關(guān)斷層帶土壤氣氡的影響因素及映震效能分析［J］.中國(guó)地震，2010，04：407—417.

［2］ 吳中海，趙根模.地震預(yù)報(bào)現(xiàn)狀及相關(guān)問題綜述［J］.地質(zhì)通報(bào)，2013，10：1493—1512.

［3］ 黃春玲，王洪峰，李民，林木金.斷層氣觀測(cè)在夏縣中心地震臺(tái)的應(yīng)用研究［J］.山西地震，2015，02：24—29.

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