断层气氡检测在地震监测预报中的应用研究

张佳佳

（金昌市防震减灾管理局，甘肃 金昌 737100）

断层气氡检测在地震监测预报中的应用研究

张佳佳

（金昌市防震减灾管理局，甘肃 金昌 737100）

现阶段，化学元素氡的应用在各个领域中不断地推广，其中地震监测预报就是其最为广泛的应用领域之一。在地震监测中应用氡元素的检测不仅能够为研究人员提供相关的理论依据和数据支撑，还能够依据氡的监测数据来对相关地质研究进行趋势性的推测，这会极大地促进我国地质方面的研究以及地质相关科技的研发。本文主要对氡测量的方法进行探讨，并对测量氡的相关仪器进行介绍。此外，还对氡测量技术在地震监测预报中的发展趋势进行分析。

监测预报；断层气氡；地震；应用

氡是一种放射性的物质，其化学性质为惰性，具有较高的原子量。我们所生活的地球，由于地壳运动而不断的向四周发散氡这种元素，这就让我们所生活的空间或多或少的都会含有一定量的氡元素，尤其是在地震发生的前夕，由于地应力的活动较为强烈，所以氡气的活动速度以及运移的速度会有所加快，这样，某个区域的氡气含量以及氡气变化量会有所异常，这时一旦地下含水层的地应力发生一些改变，让地下水的活动加快，就会让氡气的扩散也变得更快，使得氡气的含量进一步增加，因此，氡元素的变化轨迹以及氡气的运动可以作为进行地震监测以及预测地震的主要研究对象。

1　氡测量的方法

1.1气体电离法

电流电离室法的工作原理：含氡气体进入电离室，氡及其子体放出的α粒子使空气电离，产生大量的电子和正离子，在电离室内壁和收集极之间的电场作用下，正电荷形成电离电流，这种微弱的电流使静电计石英丝系上的电荷积累起来，电位逐渐升高，引起丝系的偏转，氡气的浓度直接由丝系偏转速度来计算。优点是：方法可靠，测量速度较快，受湿度影响小，可以直接收集空气样品进行测量；缺点：灵敏度低，不满足低浓度氡的测量需要，由于只反映入射粒子电离后的平均效应，不能反映入射粒子的能量大小。因此，在实际氡气检测中，气体电离法的测量技术应用的并不广泛。但是，在某一些的特殊场合却必须应用此种方法。所以，气体电离法检测氡气通常是与其他氡气的检测方法合并进行应用。

1.2闪烁室法

粒子进入闪烁体与之发生作用，闪烁体吸收带电粒子能量而使原子、分子电离和激发；受激原子、分子退激时发射荧光光子，利用反射物和光导将闪烁光子尽可能多地收集到光电倍增管的光阴极上，由于光电效应，光子在光阴极上击出光电子，光电子在光电倍增管中转化为电子流，电子流在阳极负载上产生电信号，此信号由电子仪器记录和分析。优点：粒子适用范围广，探测效率高，探测下限低，准确度高，制作工艺成熟、成本低；缺点：仪器由几部分组成、较笨重，能量分辨率较低，并且随时间增加，探测效率逐渐减小［1］。闪烁室检测法是较为常见的一种检测方法，虽然其在应用的过程中会有各种各样的问题，但是，由于其在使用检测过程中无与伦比的优势，所以其在实际生活中的应用还是较为广泛的，通常情况下，设备较新的氡气检测无需进行二次检验，但是在仪器设备较为老旧时就必须反复进行氡元素的检验，以此来更好的确定数据的准确性。

1.3固体电离法

固体电离法的主要工作原理是通过在静电场中的半导体收集样本，然后在半导体中产生空穴—电子对，使电场的两级分开，并集中在阴阳两极中，从产生的粒子损失量中能够探测中射线的强度，更好的给出电离子的能谱。该种方法应用的优点在于结构简单，能够快速的反应粒子的能量，并且坚固耐用，缺点是仅能够对氡的衰变体进行测量，并且十分容易受到潮湿环境的影响。

1.4径迹蚀刻法

该种方法主要的检测步骤是先对放射源进行照射，然后对探测器的蚀刻以及固体的径迹进行测量、观察以及分析。其主要优点为：价格较低，体积小容易携带并且灵敏度较高，其缺点在于采样的时间较长，并且探测器之间的差异较大，对蚀刻的过程把握的较难。

径迹蚀刻法以及固体电离法在实际生活中的应用并不多，追其根本原因是这两种方式受到的外界环境影响较大，实际操作的难度较大，这不仅会耽误操作人员的时间，也会大大降低检测的效率。

2　氡测量的相关仪器

首先要介绍的是FD-125型氡钍分析仪，其主要应用的是闪烁室分析法进行氡浓度的检测，将样品射入静室静止1小时后，进行测量，测量后要对圆盘进行转动，然后人工的计算过程，在计算结束后，将仪器清洁干净，该仪器的优势在于能够长期的观测氡气浓度的变化。其次，是SD-3A型自动测氡仪，其主要应用的是闪烁室法测量氡的浓度，将井水通过井管进入到脱气—集气的装置内，然后该仪器会自动进行样品的采集以及数据的测量等工作，该仪器具有较高的抗腐蚀性以及抗潮性。再次是PQ2000仪器的测量方式，该仪器不会受到湿度的影响，并且操作简便，因此，较为事业野外以及台站的观测使用［2］。最后是RAD7测氡仪，该仪器能够有效避免湿度对测量数据的影响，能够更好的提高测量的精度，此外，还能够主动进行样品的采集以及数据的测量工作。对比以上几种测量仪器，FD-125较为稳定，但是智能化的程度较低，SD-3A的自动化程度较高，但是受到影响也较大，稳定性差，RAD7则需要进行干燥处理，因此也不适用于台站的长期观察，只有PQ2000的稳定性以及可靠性最强，也是目前作为氡气观测的主要设备之一。

3　氡测量技术在地震监测预报中的发展趋势

除了以上几种较为常见的氡测量技术外，还有一些并不十分常见，但是也能够用于氡元素测量的方法，如双滤膜法，该种方法是依据氡固有累积的方式以及衰变的规律来对氡气的浓度进行测量，如气球法，其工作的原理与双膜法的十分类似，仅仅是用气球来替代衰变筒，这种检测的方法是一种主动式采样技术，但是该种方式有一个十分严重的缺点，就是仅能够对氡元素的瞬时测量值进行显示，对空气中氡元素的波动性无法显示。此外，还有活性炭吸附法等等。

在氡测量仪器的开发应用中，高效率的探测技术、低成本的测量经费以及较高的适应性是氡测量方法以及氡测量仪器未来的发展趋势。近些年来，由于光电子技术的不断发展，很多的电子设备都向小巧、轻便的方向进行发展，氡测量仪器的发展当然也是如此，向着小型化、高效率、多功能、模块化以及集约化进行发展。同时，在仪器的设计中，应该依据不同的检测要求在仪器类型和精确度方面进行改进和研发。除此之外，氡检测仪器中前端放大器的改进也是十分重要的。因此，放大器的改进方向应该是增加检测仪器的灵敏性以及稳定性，使其能够在特定的条件下对地下水中的氡元素进行检测，并进行精准的数据分析，这种改进的方式对观测仪器的更新和发展有着十分关键的作用。在未来地震监测领域的氡元素测量中，将以地下水中的氡元素作为主要的观测对象。此外，氡元素在空气中的分布状况以及运动情况也能够作为判断该地域是否将要发生地震的重要依据，故而氡元素的检测及数据分析已经成为地震监测预报科学研究中的重点之一。而小巧型的氡元素检测仪器，目前已经有所研发，其中RLM—I型仪器为主要应用设施［3］。

4　结束语

随着人们对地震监测预报科学研究的不断深入，发现氡元素的变化与地震的发生有着很大的关联，这就让人们对氡元素的变化监测之于地震预测的作用和意义产生了很深的兴趣，经过相关人员的研究表明，在地震发生的前夕，氡气或者氡元素的运动会发生很大的变化，依据有关的检测仪器进行分析后，就能够对即将发生地震的地域进行大致的划分，对将要到来的地震等级进行大概的确定，这样就能够在很大程度上减少地震中的人员伤亡，极大可能的减少人们的经济损失以及心理的创伤，对经济社会的建设和人民生活的保障有着重要的意义。

［1］ 王博，黄辅琼，简春林.嘉峪关断层带土壤气氡的影响因素及映震效能分析［J］.中国地震，2010，04：407—417.

［2］ 吴中海，赵根模.地震预报现状及相关问题综述［J］.地质通报，2013，10：1493—1512.

［3］ 黄春玲，王洪峰，李民，林木金.断层气观测在夏县中心地震台的应用研究［J］.山西地震，2015，02：24—29.

P315