丰满台水氡异常特征分析

刘轶男

(吉林省地震局丰满地震台，吉林 132108)

丰满台水氡异常特征分析

刘轶男

(吉林省地震局丰满地震台，吉林 132108)

利用丰满台吉丰井1986—2016年的水氡观测资料，分析其动态变化特征，并研究了丰满台水氡异常与地震活动的对应关系，结果显示：大部分异常的出现与消失在时间上与东北及华北的中强地震以及西太平洋地震带北段等地区的强震活动相关联，映震效果较好。研究结果可为今后利用丰满台水氡异常资料进行地震预报提供依据。

水氡；异常特征；地震关系；吉林丰满

0 前言

水氡是地下水携带的放射性物质之一，与地下水动态有着密切的关系。氡以自由状态、吸附状态和封闭状态3种状态存在于矿物、岩石内。地壳岩石处于稳定状态时，氡浓度处于平稳变化状态。如果岩石处于水饱和状态时，一旦受到应力改变、处于失稳状态或温度升高，自由状态的氡则扩散在水里,吸附状态和封闭状态的氡由于岩石结构变化也会成为自由状态的氡扩散在水中。大量震例表明，地震的发生常伴有流体异常[1-6]。研究表明，应力、应变变化，不同水系的高浓度氡和低浓度氡还有可能混入原观测水系，改变水氡浓度[7]，因此从化学特性来看，氡是较灵敏的地震前兆指标[1-4,8-13]。水氡观测技术目前相当成熟，20世纪90年代中期已经实现了数字化。丰满台水氡是吉林省地下流体台网的主要流体观测点之一，从丰满台水氡的变化探讨该水点的映震性能，以便获得有关前兆异常特征的认识，进而为异常提取和震情判断提供依据。

1 丰满台吉丰井概况

1.1 吉丰井地质概况

丰满台所处的大地构造为东北断块区的老爷岭-张广才岭断块隆起带的中南部，位于NE向伊通-舒兰断裂带与敦化—密山断裂带之间，另外附近有NW向第二松花江断裂带经过，沿江分布有NW向第二松花江断裂带的次级断层。丰满台所在区为丰满—二道甸子断裂带，观测山洞洞体为海西期花岗岩，岩体完整，洞内有NW向断裂(为丰满—二道甸子断裂的次级断层)通过。丰满台水氡观测井为静水观测井，井孔深21.7 m，孔径130 mm，位于海西期花岗岩山洞内，围岩为花岗闪长岩，断层及节理较为发育，地下水类型为花岗岩的基岩裂隙水(图1)。

图1 丰满台所在区域地质图

1.2 吉丰井水氡观测介绍

丰满台水氡观测始于1986年11月1日，观测室温变化范围为15℃lt;Tlt;30℃，相对湿度均小于80%。利用FD-125型测氡仪进行水氡观测，其灵敏度lt;0.2 Bq/L；我台取样时间定为每日9时前后30分钟(08:30—09:30)，取样方式为定时、定位、定量、负压(将扩散器抽至真空)、抽水取样。产生资料连续可靠，可信度高(图2)。

图2 1986—2016年丰满台水氡氡值5日均值曲线图

2 丰满台水氡动态变化特征

观测井的水主要来源于大气降水，有少量深部流体从断裂带混入。因此，丰满台水氡资料受气象因素影响明显，水位和氡含量都具有明显的年变规律。正常情况下水氡变化较为平稳，日变幅在5～15 Bq/L，年变幅一般小于20%。为了更好地反映氡值变化的趋势，排除单点突跳的影响，对水氡测值采用五日均值，降雨数据采用日均值，所有数据均用MAPSIS软件进行分析处理。2006年以前，水氡的浓度值、水位与降雨呈显著的正相关。每年5—10月水氡值高于其他月份，是因为降雨增大，导致水位的升高，观测井周围花岗岩(存在较高的氡值背景)裂隙水所溶解的氡带入到观测井中，随着水位降低后，富集于观测井而导致水氡的升高 (图3) 。多年观测经验表明，丰满台水氡观测受一定降雨因素的干扰，但也显示出正常的年变观测规律。

丰满台水氡浓度在2009年3月20日四平伊通ML4.3地震发生前出现了多次高值突跳变化后，震后在新的背景下出现了新的年变规律。同时，水位升高而伴随着氡值下降。2012年8月之前，水氡与水位大致表现出负相关的关系;2012年9月之后，二者呈现出正相关关系。一般来说降水会引起水位的上升，但从图3来看，并不十分明显，有的年份降雨量大的时段会引起同期水位的上升，有的年份降雨量大的时段，同期水位的上升并不明显，这受控于降雨量和水在地下的滞留时间。2009年和2012年的降雨量较少，水位上升不明显。水位与水氡的关系则相对好一些，一般情况下，水位上升表明从围岩裂隙中渗透到观测井的水量增加，相应的氡值由于释稀而应该是相对减少的。但2012年9月后水氡与水位却呈现正相关关系，即水位上升，氡值也上升，并多次出现高值突跳，2013年9月5日水氡突跳最高值达366 Bq/L，超过均值(254 Bq/L)112 Bq/L，突跳异常较大，这显示出异常的特征(图3)。

注：水位和氡浓度为5日均值、降雨为日均值、绿色虚线为均值线图3 2004-2016年丰满台水位、氡浓度和降雨曲线图

3 丰满台水氡异常与地震对应分析

丰满地震台水氡多次在西太平洋地震带北段发生强震或者大华北地区发生中强地震前10～20 d内出现短临异常，特点是连续数日大幅度上升然后缓慢出现峰值, 在恢复过程中发震[8-10]。背景值清楚， 异常显著，1995—1996年，此类异常特征更加明显，极易识别(图4，表1) 。

图4 1995—1996年丰满台水氡日均值曲线与对应的地震

日期北纬东经MSΔ/km参考震中峰值幅度/(Bq/L)提前天数1995-04-2943.80°147.60°7.01600北海道以东160121995-05-2752.50°143.10°7.61750萨哈林岛168221995-09-2035.00°118.00°5.21340山东苍山180161995-10-1828.00°130.10°7.31650琉球群岛205131995-12-0344.10°149.20°7.01900北海道以东140121996-01-0153.60°159.80°7.22750千岛群岛156101996-12-0845.40°150.00°7.02050千岛群岛15582005-07-2546.98°125.05°5.1390黑龙江林甸254162006-03-3144.42°124.00°5.0230吉林前郭24632009-03-2043.37°124.99°4.3140吉林伊通326212013-04-2242.54°122.24°5.3360内蒙科左后旗30892013-10-3144.60°124.10°5.5234吉林前郭34823

2005年以来丰满水氡短临异常也有所显示，如2005年林甸5.1级地震、2006年前郭5.0级地震、2009年四平伊通4.3级地震、2013年内蒙科左后旗5.3级地震及前郭5.5级、5.0级地震，而比较明显的短临异常则是2009年四平伊通4.3级地震和2013年10月31日的前郭5.5级、5.0级地震(图5)。

图5 2003—2013年丰满台水氡5日均值曲线与对应的地震

丰满台水氡自2012年9月份以来表现出年变畸变异常、2013年8月份出现氡浓度异常。2013年10月31日距丰满台约234 km的松原前郭县查干花镇发生5.5级及5.0级地震。显然，丰满台水氡有较好的短临前兆异常反映。

4 结语

丰满台水氡测项虽然在观测过程中经常呈现出高值—低值突跳变化，但总的来说，还是具有较强的映震能力。经过对长期观测资料的统计分析表明，大部分异常的出现与消失在时间上与东北及华北的中强地震以及西太平洋地震带北段等地区的强震活动相关联，映震效果较好，尤其是在强震前的水氡突跳异常更是该测项的一个突出的特征。

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AnomalyCharacteristicsofGroundwaterRadoninFengmanSeismicStation

LIU Yi-nan

(Fengman Seismic Station, Jilin Earthquake Agency, Jilin 132108)

The dynamic change characteristic of groundwater radon data from 1986 to 2016 in Fengman seismic station is analyzed and the relationship between its anomalies and seismic activity is studied. The results shows that: the appear and disappear time of the anomalies are related to the middle and strong earthquakes in Northeast China and North China and the strong earthquakes activity in the north part of the western Pacific earthquake zone etc. Its earthquake reflection effect is better, which may provide reference for earthquake forcasting using groundwater radon anomalies in Fengman seismic station.

groundwater radon; anomaly characteristics; earthquake relationship; Jilin Fengman

刘轶男.丰满台水氡异常特征分析[J]．华北地震科学，2017，35(4):80-83.

2017-12-22

中国地震局监测预报科研三结合课题(160702)；地震行业科研专项结余资金使用计划项目：2013年吉林前郭5.8级震群研究(2060302)

刘轶男(1980—)，女，吉林人，工程师，主要从事流体地球化学研究. E-mail：jllyn@126.com

P315.723

A

1003-1375(2017)04-0080-04

10.3969/j.issn.1003-1375.2017.04.015