遼陽FD-105K與FD-125水氡觀測儀對比分析研究

吳建霆，李 俏，楊曉東，張 麗，底欣欣，張志宏

（1.遼陽地震臺，遼寧 遼陽 111002；2.遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

遼陽FD-105K與FD-125水氡觀測儀對比分析研究

吳建霆1，李 俏2，楊曉東2，張 麗2，底欣欣2，張志宏2

（1.遼陽地震臺，遼寧 遼陽 111002；2.遼寧省地震局，遼寧 沈陽 110034）

通過對遼陽地震臺湯河冷泉2014年4月以來的兩套水氡觀測儀對比觀測數據進行分析研究。結果表明兩套儀器產出的數據具有長周期趨勢上的同步性變化特征，氡值均具有明顯夏低冬高的年變規律，月均值相關性參數計算也表明兩套數據具有高的相關性，但氡值的數值差卻存在比較明顯的差異。綜合分析認為，FD-125水氡觀測儀暫不能完全取代FD-105K水氡觀測儀，還需要經過長時間的對比觀測才能定論，最好能有震例進行檢驗。

FD-105K；FD-125；水氡觀測；相關性；遼陽地震臺

0 引言

水文地球化學作為預報地震的一種有效手段已被地震學界所公認[1]。我國從1966年3月邢臺大地震之后便開始了地下流體地球化學預報地震的科學探索工作，建立了世界上最大規模的地震地下流體水化監測臺網[2]。到目前為止，水文地球化學觀測無論在理論探討還是在實驗研究上都取得了明顯的進展[1]，而水文地球化學觀測中水氡觀測一直是地震預報的主要內容之一，且在長達幾十年的觀測過程中，在很多地震前水氡均出現了顯著的地震前兆異常，很好的經歷了中強以上地震的檢驗。

遼陽地震臺水氡觀測始于1974年，觀測至今不僅在觀測數據的穩定性和可靠性方面均達到了預報指標的要求，而且在遼寧地區地震的預報過程中起到了十分重要的作用。1975年海城MS7.3地震的成功預報過程中，遼寧地區水氡觀測起到了很大的作用，包括盤錦水氡、金州水氡以及本臺的遼陽水氡在震前均出現了明顯的高值異常變化，對地震的地點和發生時間的判定起到了非常大的作用。遼寧地區水氡自開始觀測以來，普遍采用FD-105K水氡觀測儀進行觀測，經過了幾十年的發展，由于目前存在廠家停產、儀器老化等問題，同時隨著科技的飛速發展，地震預報領域對前兆監測域數據的數字化分析方法越來越多，這就對觀測儀器與產出數據提出了新的要求。對于上述存在的一系列問題，遼寧省地震局于2014年4月21日對遼陽湯河水氡觀測點新增FD-125儀器進行對比觀測，目的在于打算在以后的監測過程中將FD-125水氡觀測儀代替原來的FD-105K水氡觀測儀進行水氡觀測。對比觀測至今已超過兩年，本文主要將兩套儀器兩年多時間產出數據進行對比分析，以此來討論FD-125水氡觀測儀取代FK-105K水氡觀測儀進行地震水氡監測的可行性。

1 臺站觀測條件概況

遼陽地震臺處于華北地臺東部，遼東隆起次一級構造單元太子河凹陷的西段，臺站地處遼陽向斜，該向斜全長12km，核部為上寒武統，兩翼由中、下寒武和震旦系組成。由于遼陽至本溪之間以遼陽蓮花狀構造為主體，致使臺址東南山區地質構造十分復雜。臺基巖性為寒武系下統灰巖，灰巖節理發育且較破碎，遭風化剝蝕作用較強烈。遼陽湯河冷泉水氡觀測點位于遼陽市湯河鎮柳河湯村，構造上位于太子河斷裂北西方向約590m。太子河斷裂為一條出露地表的北東走向、北西傾向的高角度正斷層，全長約90km，該斷裂歷史上在1970年至2008年4月共發生不小于ML1.0級地震645次，最大地震為1974年葠窩4.8級地震，以震群活動為主，略呈NE向條帶分布[3-4]（圖1）。

圖1 遼陽水氡觀測點地質圖Fig.1 Geological map of water radon station in Liaoyang

遼陽湯河冷泉水氡觀測點為一上升泉，泉水循環較深遠，泉水從基巖（灰巖）裂隙中涌出，日流量達2400m3，年變幅為±100m3，水溫在12℃左右，年變化在±2℃之間。湯河冷泉于1974年開始觀測，1976年至1991年因觀測儀器和觀測人員等原因停測，1992年開始再次復測，該泉水水氡變化值較穩定，映震效能較好，其中2013年1月23日遼陽燈塔MS5.1級地震前該觀測點水氡曾出現顯著臨震異常變化（圖2）。由于該泉的自然環境受到政府的有效保護，可用于長期的地震觀測。

圖2 燈塔5.1級地震前遼陽湯河水氡異常變化Fig.2 Variation in the anomaly of radon in Liaoyang before the 5.1 earthquake of Dengta

2 對比觀測分析

遼陽冷泉水氡觀測點自觀測以來，一直使用FD-105K水氡觀測儀進行觀測，觀測值為日均值，觀測方式為每天上午7:00—9:00在冷泉取水樣進行觀測，觀測數據值穩定，1999年以來氡值穩定在13～40Bq/L之間變化，且氡值具有比較明顯的夏低冬高的年變規律（圖3）。

2014年4月遼寧省地震局在該觀測點新增了FD-125水氡觀測儀，同年4月21日新增的FD-125水氡觀測儀與FD-105K水氡觀測儀進行對比觀測，截止目前FD-125水氡觀測儀已積累了約兩年半的觀測數據。從FD-125水氡觀測儀觀測數據可以看出，雖然觀測時間比較短，但數據變化形態比較平穩，基本穩定在8～35Bq/L之間變化，且數據長期趨勢變化與FD-105K水氡觀測數據具有相似的動態特征，即同樣具有夏低冬高的年變特征，從數據形態上可以看出，兩套儀器產出數據的相關性較好（圖3）。

為了進一步對比分析兩套儀器的觀測數據，對兩套儀器2014年以來的數據進行同軸曲線繪圖，如圖4所示。從圖4上可以明顯看出兩套觀測儀器觀測數據具有同步性變化一致性特征，但同時也存在一個比較明顯的差異變化，即兩套儀器的數據差值較大，FD-105K觀測數據要高于FD-125觀測數據，平均在每年的4—10月兩套儀器觀測數據差值較小，而在每年的冬季尤其是12月份左右，兩套儀器的差值更加明顯。為了更加明顯的顯示出這一特征，本文將2014年4月至2016年11月FD-105K和FD-125兩套測氡儀的月均值進行比較，同時將兩套數據進行差值計算，將計算得到的差值數據與兩套觀測數據進行作圖（圖5）。從圖5可以更加明顯的看出兩套數據的同步變化情況以及兩套數據的差值情況，差值也具有夏低冬高的現象，更加明顯地說明兩套儀器夏季產出的差值相對較小，而冬季則差別較大，但趨勢變化具有一致性的的原因。而造成這種差異性的原因，可能是由于儀器自身的設計原理、結構以及標定等存在差異造成的。

圖3 FD-105K與FD-125水氡觀測數據日均值變化曲線Fig.3 Curves of daily mean value for radon observation datas between FD-105K and FD-125

圖4 FD-105K與FD-125水氡觀測數據日均值同軸變化曲線Fig.4 Curves of Coaxial for radon observation datas between FD-105K and FD-125

圖5 湯河水氡月均值及差值曲線圖Fig.5 Monthly mean values and difference for water radon in Liaoyang

從圖5可以明顯的看出兩套水氡觀測儀器的同步變化一致性，為了進一步對兩套水氡觀測儀器的對比觀測數據進行相關性分析，本文對FD-125和FD-105K兩套水氡觀測儀2014年4月以來的月均值數據進行相關系數計算（表1）。計算結果顯示：2014年兩套儀器的月均值的相關系數為0.889，2015年兩套儀器的月均值的相關系數為0.984，2016年兩套儀器的月均值相關系數為0.915，2014年4月至2016年11月兩套儀器的月均值的相關系數為0.893。相關系數的計算結果顯示，以上計算得到的相關系數均接近于1，說明兩套儀器自對比觀測以來，產出的數據具有很好的相關性。

通過對2014年4月份以來遼陽湯河冷泉水氡觀測點FD-125水氡觀測儀與FD-105K水氡觀測儀對比觀測的數據進行分析?？梢缘贸觯瑑商變x器觀測至今水氡數據的變化動態同步性較好，氡值均具有明顯的夏低冬高年變規律，且具有明顯的正相關性，同時也存在一定的差異性變化，FD-105K水氡觀測儀測得的氡值要明顯高于FD-125儀器的水氡測值，冬季更加明顯。結合目前兩套儀器產出的數據進行對比分析的結果認為：就數據趨勢變化特征而言，FD-125水氡觀測儀可代替FD-105K水氡觀測儀；但就產出氡值的數據大小而言，兩套儀器產出的氡值數據還存在比較明顯的差異，且目前而言對比觀測時間還相對較短，FD-125水氡觀測儀還暫不能完全代替FD-105K水氡觀測儀進行水氡觀測。地震前兆監測是地震預報與防震減災重要的一部分，需要具有完全的科學合理性才能進行替換。因此，就遼陽湯河冷泉水氡觀測而言，對于FD-125能否取代FD-105K水氡觀測儀的問題，筆者認為還需要再經過一段時間的對比觀測才能定論，最好能有震例進行檢驗。

表1 兩套儀器月均值數據

3 結論

通過對遼陽地震臺湯河冷泉水氡FD-105K和FD-125水氡觀測儀進行對比分析，得出如下幾點結論：

（1）數據對比結果顯示，兩套儀器產出氡值數據在長周期趨勢上具有同步性變化特征，氡值均具有明顯的夏低冬高的年變規律，相關性較好，然而兩套儀器氡值的數值變化卻存在比較明顯的差異，FD-105K水氡觀測儀器測得的氡值數據要明顯高于FD-125水氡觀測儀器測得的氡值數據。

（2）對兩套儀器自對比觀測以來的月均值數據進行分析，結果表明兩套儀器的月均值數據具有高度的同步性變化。兩套儀器的相關系數計算結果顯示，2014年兩套儀器月均值的相關系數為0.889，2015為0.984，2016年為0.915，2014年4月至2016年11月兩套儀器的月均值的相關系數為0.893，相關系數均接近于1，說明產出的數據具有很好的正相關性。

（3）就遼陽湯河冷泉水氡觀測而言，雖然兩套觀測儀器同步性變化較好，但同時也存在一定的比較明顯的差異性且對比觀測時間還相對較短，因此，對于FD-125能否取代FD-105K水氡觀測儀的問題，筆者認為還需要再經過一段時間的對比觀測才能定論,最好能有震例進行檢驗。

[1] 張煒，史勇，張平. 地下水中逸出氣氡的研究—水化地震前兆新項目探索[J]. 中國地震， 1992, 01: 20-27.

[2] 杜建國, 康春麗. 地震地下流體發展概述[J]. 地震，2000，S1: 107-114.

[3] 雷清清，廖旭，董曉燕. 遼寧省地震構造研究[J]. 東北地震研究，2008， 04:1-10.

[4] 雷清清，廖旭，董曉燕，等. 遼寧省主要活動斷層與地震活動特征分析[J]. 震災防御技術, 2008，02: 111-125.

Abstract:Comparative analysis and study on FD-105K and FD-125 for Radon observation in groundwater in Liaoyang science April 2004. The results show that the value of Rn both FD-105K and FD-125 had the same trend of the change in long period and tendency. Besides, there had the same rule of annual variation which the value of Radon are higher in winter and lower in summer. The correlation coefficient of monthly mean values of Radon also indicates that the data of the two sets of instrument have the very good relevance.But the difference of the two dates are far from expectation. So we think that the instrument of FD-105K do not completely replaced by FD-125, it’ s need a long time to comparative observation, and it would be nice to have a validation by enough earthquake cases.

Key words:FD-105K; FD-125; radon observation in groundwater; correlation; Liaoyang Seismic Station

Comparative Analysis and Study on FD-105K and FD-125 for Radon Observation of Groundwater in Liaoyang

WU Jian-ting1，LI Qiao2, YANG Xiao-dong2，ZHANG Li2，DI Xin-xin2，ZHANG Zhi-hong2
（1. Liaoyang Seismic Station, Liaoning Liaoyang 111002，China;2. Earthquake Administration of Liaoning Province，Liaoning Shenyang 110034，China）

P315.723

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.03.007

1674-8565（2017）03-0038-05

2017-01-26

2017-04-13

吳建霆（1987-），男，錫伯族，遼寧省東港市人，2011年畢業于大連交通大學，本科，助理工程師，現主要從事地震前兆觀測與分析研究等方面的工作。E-mail：215999100@qq.com