2023年云南鹤庆化龙泉气氡高值变化特征分析

李见,杨黎,杨树锋

(云南省地震局,云南 昆明 650224)

0 引 言

氡异常是国际上普遍认可的七大地震前兆信息之一,在短临地震预判和地震趋势分析中发挥着重要的作用[1-3]。鹤庆化龙泉观测点(100.17°E,26.55°N)位于云南省鹤庆县化龙村温水龙潭水库内,是一眼流量稳定、水头高的自流露天温泉[4]。该观测点主要开展地下流体观测,目前(2023年)仅保留气氡观测。化龙泉观测点1982年9月起取样观测水氡,水氡测值约20 Bq/L,至2016年11月停测;2018年架设BG2015R测氡仪开始气氡观测,2022年7月仪器故障返厂维修并进行了K值标定,2023年1月9日恢复观测。气氡数据自2019年1月开始观测以来,2019～2022年间排除仪器故障等高值变化,背景值保持在0.5 Bq/L左右,2023年2月19日测值快速上升,最高测值为2月20日70.3 Bq/L(图1)。针对化龙泉气氡数据的高值变化,2023年2月23日到现场对气氡的观测仪器、观测系统及观测场地周边环境及人为干扰等进行了系统检查和分析,最终对化龙泉气氡数据的高值变化的原因进行了分析和判断,研究结果可以对区域的地震震情分析、异常落实提供一定参考依据。

图1 2019～2023年鹤庆化龙泉气氡高值变化曲线

1 区域地质背景

鹤庆化龙泉的观测点位于鹤庆县金墩乡下武官化龙村温水龙潭(100.17°E,26.55°N)。鹤庆地区气候温和,年平均气温 13.7℃,年降雨量 684.3 ～1 261.9 mm,平均 980.2 mm,每年 5～10 月的雨季降雨量占全年的 94.6 % ,日最大降雨量 174.2 mm,属北亚热带高原气候类型;区内碳酸盐岩地层分布广泛,主要地层出露有泥盆系碳酸盐岩、二叠系碎屑岩及峨眉山玄武岩组、三叠系碳酸盐岩等;研究区内河流众多,主要为金沙江水系,其金沙江除外主要河流有漾弓江、落漏河、河川河、后山河等,水资源丰富、水量充沛[4-5]。所处滇西地区存在系列北东或近南北走向的活动构造带,如龙蟠—乔后断裂带、鹤庆—洱源断裂带和剑川—丽江断裂带等,鹤庆化龙泉的观测点位于鹤庆—洱源断裂带附近(图2),以左旋走滑构造及第四纪断陷盆地为主。

图2 鹤庆化龙泉观测点区域地质构造

2 测点概况及历史资料

鹤庆化龙泉观测点是县局自建观测点,于化龙村占地面积约0.02 km2的温水龙潭水库出水点上,修建宽约2.5 m、高约5 m的观测室(100.17°E,26.55°N),出水口水温保持在32 ℃左右,水质类型属重碳酸钙镁型[4],温泉点周边主要岩性为白云质砂岩及灰岩,温泉水自流。鹤庆气氡数据2019年1月以来,观测数据曲线除此次2023年高值变化外,还存在其他高值变化(图3),2019年的波动是由于县局观测人员变动,无法对其变化情况给予准确答复,简单回复为设备故障;2020年5月的高值出现后在下旬转折下降,结合观测日志记录,其原因为水位上升,泉水淹没了集气装置导致;2021年的高值,结合日志记录及县局观测人员描述为仪器故障导致。

图3 鹤庆化龙泉气氡历史高值变化曲线

3 分析与讨论

3.1 对比观测数据分析

2023年2月23日,在鹤庆化龙泉观测点按照中国地震局监测预报司地震前兆异常落实工作指南[6]中数字化气氡观测系统规范要求对观测系统及其井口装置进行了全面检查。现场检查面板显示、线路连接、数采装置和网络传输等工作正常,供电设备和避雷设备的工作状态正常;井口装置未曾发生改变,固定集气罩符合规范。

因化龙泉观测点BG2015R气氡仪使用的是P2000测氡仪进行标定,将标定所用P2000测氡仪接入原气路,分别在不同高低值测试时段检测,得到表1数据。根据检测结果,临时架设的标定仪器P2000测氡仪出现明显数据测值波动,该波动范围与BG2015R气氡仪在21日,22日同时段数值进行对比,数据变化基本一致,既两套仪器对该观测点的气氡测值接近,说明该点气氡值的高值为实际值,而不是BG2015R仪器故障导致的。

表1 P2000临时测值和BG2015R气氡仪2023年2月21～24日同时段测值对比

随后,又将P2000测氡仪和BG2015-R气氡仪进行串联,对观测室空气进行同时测定,BG2015R气氡仪测值如图4,二者数值接近。在此过程中发现,两套仪器对空气的测值结果集中在0.3～0.5 Bq/L,这和BG2015R气氡仪日常观测所得到的背景值为0.5 Bq/L左右是接近的,因此考虑是否可能鹤庆化龙泉点气氡日常观测中大部分长期稳定的约0.5 Bq/L测值其实不是真实的气氡数据,而是一直对空气的测值,而出现的高值变化才是实际的气氡值。

图4 BG2015R和P2000测氡仪空气中氡测值

3.2 气象因素分析

鹤庆县局观测的气压及温度小时值(2019年1月1日～2023年2月21日)如图5所示。鹤庆地区观测无测降雨量仪器,但气温有较明显的季节规律,每年1～6月气温明显升高,7～12月明显下降,每年变化情况清晰,具有明显的年变特征,相比气压数据则无明显变化特征。气氡观测曲线没有年变规律,在此次气氡出现高值异常期间也没有突降暴雨或异常干旱的极端气候,气温、气压也没有突变变化,故基本排除降雨、气温、气压的影响。

图5 鹤庆化龙泉气压、温度、气氡曲线

2020年5月也出现过气氡高值变化,结合日志记录,其原因为水位上升,泉水淹没了集气装置。因此考虑此次的高值变化可能和之前类似,和周围环境干扰导致水位变化有关;同时,2023年2月23日现场采用P2000测氡仪进行对比观测,13:00后测值在12～19 Bq/L范围(表1),对比BG2015R气氡仪21日、22日同时段数据,有所降低,而测试当日观测站外墙遗留水位下降浸湿痕迹约10 cm,显示该时段明显水位下降,因此推测可能和水位变化有关。

化龙泉观测点无水位观测资料,经走访询问,周围存在居民用水及水产养殖抽水情况,为保障周围生产生活用水,近期5日内有蓄水水位上升情况,开始蓄水时间为5月18日至19日。同时,在异常核实过程中发现水库周围陆生野草被水淹没水中,也反映水位短期上涨情况。此次鹤庆化龙泉的高值变化是从5月19日开始,时间上和水库开始蓄水水位上升时间吻合。

3.3 综合分析

结合观测数据和气象因素分析,推测鹤庆化龙泉气氡观测日常表现为长期稳定的0.5 Bq/L 测值其实不是该观测点温泉的实际气氡值,而是空气中的氡测值。由于该观测点和水库联通,集气系统未完全闭合,水位低时,观测室的水位线和水库低水位保持同一水平面,集气罩悬空位于水面以上,温泉大面积与空气接触,水体难以锁温泉排出气体,而氡气会被空气其他元素大量稀疏,造成测值较低甚至温泉气氡测值基本为空气中的氡值;蓄水时,水位上升淹没集气罩,这时观测到测值才是实际温泉的气氡值,因此表现出短期的迅速的高值上升变化。

4 结论及建议

对2023年鹤庆化龙泉观测点气氡的高值变化,在观测仪器、观测系统及观测场地周边环境及人为干扰等方面进行现场检查和分析,得到以下结论和建议:

(1) 检查观测系统确认,集气采样和测试过程符合规范,观测室内条件无特殊变动。P2000测氡仪和观测点BG2015R气氡仪对观测点气氡测值测值接近,都显示为高值;2套仪器串联对空气气氡测值接近,约0.3～0.5 Bq/L。BG2015R气氡仪仪器工作正常,气氡高值变化和仪器和观测系统无关,变化真实可靠。

(2)观测点周围环境有水位升降变化,近期(2023年2月)观测点所处水库开始蓄水,水位明显上升,时间上和气氡测值开始升高具有一致性。

(3)P2000测氡仪和观测点BG2015R气氡仪串联对空气气氡测值约0.3～0.5 Bq/L,测值和观测点BG2015R气氡仪长期稳定的背景值0.5 Bq/L接近,结合周围环境的水位升降变化及历史水氡观测背景为约20 Bq/L,分析认为鹤庆化龙泉点气氡日常观测中大部分长期稳定的约0.5 Bq/L测值其实不是真实的气氡数据,而是一直对空气中氡的测值,出现的高值变化为实际的温泉气氡测值,高值的出现为观测点所处水库蓄水,水位上升淹没集气装置导致。

建议鹤庆县局对观测室外围增设标尺,对水位情况加以记录,做好相关巡检日志的记录规范,条件允许的情况下尽快对化龙泉观测点进行重新改造。