平凉安国井气氡观测资料影响因素分析

2019-10-10苗在鹏姚玉霞张飞丽

山西地震 2019年3期

苗在鹏，姚玉霞，张飞丽

(1.甘肃省地震局，甘肃兰州 730000；2.甘肃省地震局平凉地震台，甘肃平凉 744000)

0 引言

对于多年的气氡模拟观测,国内外已积累了大量的观测经验和研究成果，而气氡观测的原理方法与人工模拟水氡观测不同,其采样率高,是地震前兆观测中的新方法[1-4]。平凉气氡观测于2001年在柳湖井采用喷射式脱气-集气装置。2006年10月，由于柳湖井断流，迁至北山一号泉观测，由于北山一号泉点附近有养鸡场，对观测资料影响严重，又于2015年底迁至安国1号井，采用自吸气鼓泡脱气装置、SD-3A型测氡仪进行观测。有学者曾对平凉安国井流体观测资料进行研究，但在观测资料影响因素方面的研究较少。下面通过采用不同的方法，对安国井气氡观测的影响因素进行分析，研究结果可为观测资料的正确使用和分析提供参考。

1 平凉安国井概况

平凉安国自流井成井于1996年8月，位于平凉市崆峒区安国乡下颉河村，周边为耕地，年平均水温22.5 ℃，属于冷水井,深度达1 123 m，出水量大，气体和离子组分含量较高，其动态不受或较少受地面降水、居民生活用水的影响，又处在六盘山和小关山断裂带附近部位，是进行地震地球化学观测较合适的测点。井孔结构及地层情况为：11.16 m以上为第四系堆积；11.16 m至101.05 m左右为细砂岩和砂质泥岩；101.05 m至255.81 m为砂质泥岩，主要成分为黏土矿物，含有少量的粉色砂质；375.66 m至1 044.7 m以角砾岩为主，下部为含水层，角砾多为石灰岩、白云岩碎块，填隙物为红黏土、碳酸盐矿物质等。

2 分析研究方法

2.1 相关分析法

相关性分析是指对两个或多个研究现象之间是否存在依存关系，并对有关系的变量进行相关分析，进而判断其相关程度。相关程度用相关系数来衡量，一般用字母r来表示。

式中，x、y分别表示一组数据，其之间具有线性函数关系。相关系数r取值在-1到1之间，当|r|=1时，称x、y完全相关；r=0时，称x、y不相关；|r|<1时，x的变化引起y的部分变化，r的绝对值越大，x的变化引起y的变化就越大。|r|>0.8时称为高度相关，|r|<0.3时称为低度相关，其他为中度相关[5]。

2.2 相对均方差法

标准差也称均方差，用σ表示，指样本数据的离散程度。标准差就是样本平均数方差的开平方，通常是相对于样本数据的平均值而定，受极值影响。标准差越小，表明数据越聚集，测量结果越接近真实值；反之，标准差越大，表明数据越离散，测量结果含有的误差因素越大。计算方法如下：

假设有一组数值x1,...,xN(皆为实数)，其平均值为：

标准差为：

3 气氡观测资料影响因素分析

3.1 脱气装置影响

近几年，前兆观测技术发展迅速,气氡观测方式变化较大，由以前的人工模拟观测变为现在的自动化数字观测。从理论上讲,一套理想的地下流体检测技术系统包括一个无干扰的井孔、一套气水分离集气装置和一台性能良好的观测仪器。选择一套适合观测井的脱气装置，是保证观测资料质量的必要条件[6]。

为考察脱气装置对气氡测值的影响，选取安国井和北山一号泉2个观测点两年的数据进行对比分析。2个测点所用的脱气装置不同，观测仪器相同(均为SD-3A自动测氡仪)。考虑所选取的样本(气氡实际观测值)中可能含有其他干扰因素，数据的波动并非由脱气装置单一因素造成，在分析时对观测数据进行预处理(如，系统造成的错误数据、环境干扰造成的数据台阶、突跳等)。运用均方差计算方法，对平凉安国井和北山一号泉气氡观测资料进行处理。结果表明，安国井的均方差小于北山一号泉的，可能说明安国井所用的脱气装置对气氡测值的影响较小。从两种脱气装置前15个月的均方差计算结果接近，第16个月开始北山一号泉结果明显增大的现象来看，安国井所用脱气装置的稳定性优于北山一号泉的(见图1)。

图1 平凉安国井与北山观测站气氡值变化曲线Fig.1 Variation curve of gas radon value of the Anguo well and Beishan observation station in Pingliang

3.2 降雨影响

降雨量的多少会影响观测数据，降雨量越大测值降低；反之，降雨量越小，测值会相应地增大[7]。从图2中可以看出，平凉安国井气氡测值与降雨量的关系不大，测值随降雨量的升高而降低不明显。从第12页表1的相关分析结果看出，2016年氡值与降雨的年平均相关系数为0.380，2017年为0.374，表明平凉安国井气氡观测受降雨的影响不大。

图2 平凉安国井气氡值与降雨的关系Fig.2 Relation between gas radon value and rainfall in Pingliang Anguo Well

3.3 气压效应

通过计算2016年1月1日至2017年12月31日平凉安国井气氡和气压的相关系数，认为当相关系数的绝对值大于0.500时，数据之间存在相关性，反之则不相关。对平凉安国井气氡值与气压的相关性进行分析，结果如表1所示，表明气压与气氡值成正相关性，气氡值随气压的升高而升高，反之则下降(见图3)。

图3 平凉安国井氡值与气压的关系Fig.3 Relation between gas radon value and air pressure in Pingliang Anguo Well

3.4 气温影响

平凉安国井于2016年底建成，2017年开始正式观测，所以研究选取2016年至2017年的气温与氡值资料进行分析。由平凉安国井气温和氡值日均值曲线第12页图4看出，2016年1月至2017年12月安国井气温和氡值呈正向变化的形态，两者表现出几乎同步变化的态势，即气温升高氡值升高，反之则降低。

为定量分析该井气氡与各影响因素的关系，对2016年至2017年平凉安国井气氡与气温、降雨量、气压进行综合相关分析。由表1可知，气温和气压对平凉安国井气氡观测有一定的影响,2016年相关系数分别为0.627和0.660；2017年与气温的相关性明显增大，相关系数为0.758，与气压的相关系数与2016年相比变化不大，为0.641，特别在3-8月，与气温相关性明显增强，相关系数达0.872；与气温、气压相比，降雨量的影响相对较弱，相关系数为0.628。

图4 平凉安国井气氡值与气温的关系Fig.4 Relation between gas radon value and temperature in Pingliang Anguo Well

月份2016年2017年气温降雨量气压气温降雨量气压10.3400.3630.2970.7520.0000.65720.7740.2940.5310.6020.5850.59430.5920.5350.6420.8610.3670.56740.6670.3830.7370.6990.2540.61050.8370.4300.5930.8720.5430.72560.5370.0000.6880.8300.4980.52270.5970.2310.6430.7960.3690.68480.7860.3590.8030.8380.6160.71490.6270.5690.8270.7320.6280.661100.6790.7090.7310.7710.4610.768110.5660.0000.7420.8050.1610.577120.5220.6910.6800.5340.0000.615年平均0.6270.3800.6600.7580.3740.641