温差对泉州四至井水氡测值的影响分析

尤宇星

(泉州基准地震台,福建 泉州 362000)

温差对泉州四至井水氡测值的影响分析

尤宇星

(泉州基准地震台,福建 泉州 362000)

温度变化是影响水氡观测值的主要因素之一。通过1986—2009年泉州台四至井观测数据资料的分析,说明:调整观测室室内温度使其超过采集水样的原始温度,在运输水样过程中对水样采取保温措施,减小取样水温和鼓泡后水温的温差,能够得到更真实、准确的观测值。

温差;水氡观测;年动态特征;泉州四至井

0 引言

水氡观测指的是测量地下水中氡浓度随时间的变化,而水氡观测的目的是为了能在地质构造活动时,通过氡的变化来及时、准确地反映其自然变化的动态[1]。但在氡观测环节中(包括取样、鼓泡及测试),受到多种因素的影响,如:气温、气压、取样水温、观测室室温、湿度、仪器的稳定性及人工操作方法的差异等。温度变化对观测的影响始终伴随整个操作过程。本文通过分析鼓泡后水温与取样时井水水温之间的温差对泉州四至井水氡测值的影响,针对常年水温在20℃左右的自流井,在水样运输过程中采取保温措施(尤其在低于水样原始温度较大的12月至次年2月),使观测室室温高于水样的原始温度,达到了提高水氡观测质量的目的。

1 四至井水氡动态特征

1.1 泉州四至井概况

泉州水氡取样井点位于北东向长乐—诏安断裂带与北西向永安—晋江断裂带交汇点附近的清源山四至村东面冲沟边缘,其海拔高程25m,含水层为第四纪坡残积层,水位埋深1.2～2.8m,井水温度18.2～25.5℃,井底距地4.41m。自1986年5月1日起采用FD-125型测氡仪进行水氡动态观测,观测人员固定,严格按规范要求观测,随机干扰小,资料连续可靠。

1.21986 —2009年水氡观测条件变化情况

泉州市地处低纬度地区,东临台湾海峡,属亚热带海洋性季风气候,年平均气温18～20℃。1991年4月1日之前,因条件限制未采用冷暖空调,观测条件相对较差,所以室温受外界影响较大,年变幅度约20℃,年气压差约为15～20hPa,相对湿度一年之中有超过四分之三的天数大于76%;1991年4月1日后增加了空调,室内观测条件得到较大改善,但从采集完水样到观测室正式鼓泡前,即在运输过程中仍受到室外自然环境的影响;2006年6月考虑到室内外温差的影响,专门为采集水样的扩散器制作了简易的保温箱。

1.3 水氡年动态及多年动态特征

四至井水氡自投入观测以来,水氡观测数据每日变化的幅度较小。采用由中国地震局地震研究所研制的 EIS2000软件系统[2],用一般多项式分段曲线拟合方法处理四至井水氡原始五日均值数据,该方法利用不同时间段五日均值序列之间的相关滤波作用,求出观测值的动态基准曲线(图1b)。经处理1986-2009年的资料,得到正常动态基准曲线和五日均值曲线变化规律较为一致的结论。其年动态变化规律明显为夏高冬低,高峰期在年均温度较高期,即7—10月,低谷一般在年均温度较低期,即12月至次年2月(图1a、图1b),与气温变化呈正相关性。若采用由中国地震局地震研究所研制的 EIS2000软件系统,用最佳逼近正交多项式曲线拟合方法处理四至井水氡原始五日均值数据,得到其多年动态趋势呈有规律的下降-平稳-下降-平稳型(图1c)。

图1 泉州水氡观测井1986—2009年数据处理结果

1.4 温度变化对水氡年动态成因的影响分析

气温夏高冬低的季节性变化对水氡的年动态影响很大[3],而鼓泡后水温与水氡也呈现正相关关系。作者研究了1987—2009年“水氡-气温”及“水氡-鼓泡后水温”之间的相关性,得到表1。

表1 水氡与气温、鼓泡后水温之间的相关系数

从表1的相关系数看,水氡与气温、鼓泡后水温的相关性都非常密切。其中水氡与鼓泡后水温的相关性更密切,从回归系数的对比看,鼓泡后水温对水氡的影响程度比气温要大1倍。因此认为气温和鼓泡后水温的周期变化是水氡具有年动态变化的主要内在原因[4]。鼓泡后水温是由四至井井水原始水温以及经水样运输过程中受气温和观测室室温的影响后测得。因此如果把鼓泡后水温与四至井井水原始水温之间的温差变小,就可以提高泉州四至井水氡观测的质量。

2 温差影响分析及改善方法

2.1 四至井1986—2009年水氡值与温差变化关系

从四至井取样点到泉州台观测室运水氡样约需20min,考虑到与年均取样水温23.7℃相比温差最大分别在7—10月和12月—次年2月。因此我们对氡值在高峰期和低谷期的变化幅度及取样时水温和鼓泡时的水温之间温差做了一些分析。

为排除单点突跳对氡值统计结果的影响,从而更好地反映氡值的变化趋势,以上表格氡值均采用五日均值。从表2我们可以明显看出:

(1)1991年4月增加空调后,改善了观测环境,鼓泡后的水温与取样水温比较接近;

(2)除1986—1987年与2001—2002年之外,12月至次年2月氡的区间值变化幅度均要大于7—10月,说明当在低于取样水温的天气进行观测时对水氡氡值观测结果影响更大;

(3)自2006年6月考虑到室内外温差的影响后专门为采集水样的扩散器制作了简易的保温箱,从表2可以看出2006—2010年12月—次年2月的鼓泡后水温均值均高于取样时水温均值。

(4)在针对运输过程采取对水样保温措施后,2007—2009年7—10月与12月—次年2月水氡测值的变化幅度均有较明显的缩小。

2.2 降低温差影响的技术措施及其效果评价

泉州四至井水氡动态变化在无临震突跳异常、无中长期趋势异常以及其它因素的干扰异常时,其正常的年动态变化特征应表现为:①3—6月为上升期;②7—10月内达到高峰;③达到峰值后至11月为下降期;④12月至次年2月内降到低谷。作者通过对1986—2009年的水氡动态特征对比分析,找到8次均吻合上述描述的年动态特征记录。用均方差的方法来检验降低温差是否对水氡观测质量有所提高。均方差越高,表示水氡测值受到其干扰越大,相应数据也就越离散[5]。

表21986 —2009年泉州四至井水氡观测值与温差的统计结果

表3 水氡测值年正常动态特征的数据统计

由表3的数据分析得到:水氡观测室安装空调后使室温高于四至井井水的原始水温,以及在水样运输过程中对其采取保温措施后,即2007—2009年的7—10月或12—2月鼓泡后水温与△T的均方差均变小,表明鼓泡后水温越趋于稳定,受到外界气温和室温的干扰越小。同时水氡测值的均方差也相应的变小,水氡测值的离散度也变小。

2.3 温度变化对水氡观测的影响分析

笔者于2010年11月29日至12月4日分别对观测水样样品(取样水温为22.3℃)进行人工降温及用磁加热仪进行升温,分别在15～40℃水温范围内做了3次试验,氡值取均值然后分别计算其相对于22.6℃测值的相对误差(表4)。结果证实,水温的不同可造成水氡观测最大误差为-9.0%,同时也证实,当水温降低时,相对误差也相应的加大。

表4 不同温差对水氡测值影响的试验结果

3 结论

根据以上泉州四至井1986—2009年资料分析得到以下结论:

(1)取样点的水温与鼓泡至闪烁室前的水样温度之差,是影响水氡测值的重要因素之一;

(2)温差对水氡测值的影响在低温季节(12—2月)大于高温季节(3—10月);

(3)取样点到观测室的运样时段对水样采取保温措施,在观测室保持“恒”温等技术措施,可以有效地减弱温差对水氡测值的影响,明显提高水氡观测数据的质量。

致谢:本文得到泉州地震研究中心林建生老师 的认真指导,在此表示真挚的感谢!

[1] 刘学领,马建英,程立康,等.水氡观测样品脱气温度及观测时间的选取[J].地震地磁观测与研究,29(2):55-57.

[2] 蒋骏,李胜乐,张雁滨,等.地震前兆信息处理与软件系统[M].北京:地震出版社,2000.

[3] 范雪芳,张淑亮,张美仙,等.山西忻州奇村热水井水氡干扰分析[J].华北地震科学,2002,20(3):40-43.

[4] 张学敏,蓝陵,李艳萍.新疆乌鲁木齐地区多年水氡观测资料的统计与分析[J].内陆地震,2003,17(3):259-267.

[5] 张翊宁,陈莹.福建省水氡观测资料变化规律与稳定性评定[J].华南地震,2005,25(4),68-71.

Analysis on the Impact of Temperature Difference on Radon Concentration in Water of Sizhi Well in Quanzhou

YOU Yu-xing
(Quanzhou Standard Seismic Station,Fujian 362000,China)

The temperature difference is one of the major factors that have influence on radon concentration in water.This paper analyzes the observation data of water radon in Sizhi well from 1986to 2009.The analysis indicates that the accuracy of observation data can be improved by keeping the temperature of observation room higher than that of water samples,taking essential heat preservation during the transportation of the water samples and reducing the temperature difference of water samples between the bubbled water.

temperature difference;water radon concentration;annual dynamic features;Sizhi well in Quanzhou

P315.61

A

1003-1375(2011)03-0057-04

2010-12-05

尤宇星(1979-),男(汉族),福建泉州人,助理工程师,主要从事地下流体观测工作.E-mail:yyx9511@sina.com或181420741@qq.com