水样鼓泡水温对宁德一号井水氡测值影响的实验研究

朱继承，林苗禄，邓 聪，杨鼎鸿

（福州地震监测中心站，福建福州）

引言

氡作为地下流体的敏感组分，该观测可以获得地球深部信息，氡（Rn）是自然界非常稀有的无声、无嗅、无色的气体元素，也是镭在蜕变过程中产生的一种弱放射性气体，氡本身是一种惰性气体，不与其他元素结合，质量比空气重，易溶于水、油、脂肪中，更易溶于空气。氡的半衰期为3.825 天，衰变之后放射性减少。广泛存在于上地壳中，具有流动性，对上地壳中发生的各种地壳动力作用的响应具有灵敏性，在我国的地震分析预报中起差十分重要的作用，随着科学技术的发展地震系统所使用的测氡仪器不断更新，向着数字化、智能化的方向发展。在对宁德一号井水氡观测资料进行整理和分析中，发现水样水温的变化对氡浓度测值存在一定影响，特别在夏冬季节，受室外温度变化较大的影响，水温变化也相对较大，对氡浓度测值的影响更为明显。水温与氡浓度测值呈正相关，为了进一步研究水温变化对氡浓度测值的影响，采用恒温水浴仪控制水样温度的方法，进行一系列比测实验，分析水温与氡浓度测值之间的相关性及其变化规律[1]。

1 观测井概况

宁德地震台位于我国东南丘陵地带海边。台站西侧为北东东丘陵山脉，南侧为海滩，地壳厚度约为35 km，台站往西北山区的地壳有变厚趋势，地壳表层岩石为以花岗岩为主入侵和以中酸性为主的喷出岩。台基为以花岗岩为主的侵入岩和以中酸性为主的岩浆岩。宁德地震台一号井位于宁德地震台院内，该井成井于1998 年，井深63 m，井孔孔径127 mm，终孔孔径110 mm，裸眼段为39.25 m～52.97 m，含水层岩性为燕山早期花岗岩，涌水量1.5 L/s，是一低矿化度的基岩裂隙水，详见钻孔柱状(图1)。2004 年2 月进行流体数字化观测至今，观测仪器从“九五”设备向“十五”、“背景场”仪器以及其他行业引进准接入的地震前兆观测仪器的转变，但观测模式仍未改变，始终为单井综合观测，SD-3A 测氡仪于2004 年2 月安装并试运行，2005 年4 月3 日通过验收并启用正式观测。现有前兆观测仪器有SD-3A 测氡仪、LN-3A 水位仪和SWY-2 水温仪。

图1 宁德一号井钻孔柱状图

2 资料分析

在日常工作对宁德一号井水氡观测历史资料的整理和分析过程中，发现水氡观测资料年动态变化总体呈夏低冬高的趋势，常年水样温度在22.2 ℃左右。由图2 可见，每年的5-9 月鼓泡水温呈逐渐上升趋势，氡浓度测值上升至全年最高值，而后鼓泡水温呈下降趋势变化，至次年2 月前后达全年最低值。氡浓度测值与水样鼓泡水温之间关系明显，可见该井的氡浓度测值明显受鼓泡水温影响[2]。这类水点水氡与水温关系密切，水温高时水氡测值高，水温低时水氡测值低。发现乌鸦嘴泉的水氡水样鼓泡水温相对高，氡值也相对高，反之氡值也低，水样鼓泡水温与氡值呈正相关。特别在夏季和冬季室外温度变化比较大，水样鼓泡水温变化也较大，对水氡测值影响也较大。水样鼓泡水温对水氡观测存在观测误差。从理论上解释，水样鼓泡温度的不同，直接改变了氡气在水中的溶解系数，使脱气效率发生变化(国家地震局地下水影响因素研究组，1985)，从而影响到氡的最终观测结果。

图2 宁德一井水氡、鼓泡水温原始曲线图

3 比测实验

3.1 恒温水浴观测方法

使用恒温水浴仪进行恒温水浴观测[3]，具体步骤如下：向恒温水浴仪内注水加满，开启电源通电，设置恒温水浴温度，将水样真空扩散器放入恒温水浴仪，静置约5 min，待温度稳定后，进行水样鼓泡脱气操作，时长10 min±1 min，脱气结束后，静置1 h，进行观测并计算氡浓度[4]。

3.2 实验结果

对于同一水样，采用恒温水浴仪来控制水温，水温设定为20.0 ℃、22.5 ℃、25.0 ℃、27.5 ℃、30.0 ℃，均进行为期15 天的水氡观测实验，分析实验数据，统计氡浓度的最低值、最高值和平均值，结果见表1，并绘制15 天内不同温度的水样水氡测值变化曲线，结果见图3。由表1 和图3 可知，在25.0 ℃～27.5 ℃的恒温条件下，氡浓度测值较其他温度条件下变化平稳，日变化幅度相对较小[5-6]。

表1 比测实验氡浓度最低值、最高值和平均值

图3 宁德一号井正常水氡观测与恒温水氡观测对比

4 结论与讨论

(1) 通过比测实验，结果表明：水氡水样鼓泡水温相对高，氡值也相对高，反之氡值也低。在相同水样在不同的温度条件下，进行鼓泡脱气，对水氡测值变化存在着一定的影响。从理论上解释，因水样鼓泡温度的不同，直接改变了氡气在水中的溶解系数，使脱气效率发生变化，从而影响到氡的最终观测结果。因此，日常水氡观测时，应尽可能保持脱气水温与观测室室温相对稳定，避免温度变化范围大对水氡观测产生不稳定的影响。

(2) 宁德一号井采用恒温水浴控温在25.0 ℃和27.5 ℃条件下，观测的水氡测值跟空调观测室水氡测值相比，整个变化形态，基本是一致，采用恒温水浴控制水样温度在一个相对恒定温度内鼓泡脱气，这样可以减少或避免因水样鼓泡水温的不同对水氡测值变化干扰影响。这种方法观测的水氡测值变化更为稳定。

(3) 采用恒温水浴来控制水样的温度进行鼓泡脱气水氡观测方法是可行的，而且恒温水浴在控温方面，比观测室的空调控温，时间更快、更精确、更稳定。