苗在鵬，姚玉霞，張飛麗

(1.甘肅省地震局，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省地震局平?jīng)龅卣鹋_(tái)，甘肅 平?jīng)?744000)

0 引言

對(duì)于多年的氣氡模擬觀測(cè),國(guó)內(nèi)外已積累了大量的觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)和研究成果，而氣氡觀測(cè)的原理方法與人工模擬水氡觀測(cè)不同,其采樣率高,是地震前兆觀測(cè)中的新方法[1-4]。平?jīng)鰵怆庇^測(cè)于2001年在柳湖井采用噴射式脫氣-集氣裝置。2006年10月，由于柳湖井?dāng)嗔?，遷至北山一號(hào)泉觀測(cè)，由于北山一號(hào)泉點(diǎn)附近有養(yǎng)雞場(chǎng)，對(duì)觀測(cè)資料影響嚴(yán)重，又于2015年底遷至安國(guó)1號(hào)井，采用自吸氣鼓泡脫氣裝置、SD-3A型測(cè)氡儀進(jìn)行觀測(cè)。有學(xué)者曾對(duì)平?jīng)霭矅?guó)井流體觀測(cè)資料進(jìn)行研究，但在觀測(cè)資料影響因素方面的研究較少。下面通過(guò)采用不同的方法，對(duì)安國(guó)井氣氡觀測(cè)的影響因素進(jìn)行分析，研究結(jié)果可為觀測(cè)資料的正確使用和分析提供參考。

1 平?jīng)霭矅?guó)井概況

平?jīng)霭矅?guó)自流井成井于1996年8月，位于平?jīng)鍪嗅轻紖^(qū)安國(guó)鄉(xiāng)下頡河村，周邊為耕地，年平均水溫22.5 ℃，屬于冷水井,深度達(dá)1 123 m，出水量大，氣體和離子組分含量較高，其動(dòng)態(tài)不受或較少受地面降水、居民生活用水的影響，又處在六盤(pán)山和小關(guān)山斷裂帶附近部位，是進(jìn)行地震地球化學(xué)觀測(cè)較合適的測(cè)點(diǎn)。井孔結(jié)構(gòu)及地層情況為：11.16 m以上為第四系堆積；11.16 m至101.05 m左右為細(xì)砂巖和砂質(zhì)泥巖；101.05 m至255.81 m為砂質(zhì)泥巖，主要成分為黏土礦物，含有少量的粉色砂質(zhì)；375.66 m至1 044.7 m以角礫巖為主，下部為含水層，角礫多為石灰?guī)r、白云巖碎塊，填隙物為紅黏土、碳酸鹽礦物質(zhì)等。

2 分析研究方法

2.1 相關(guān)分析法

相關(guān)性分析是指對(duì)兩個(gè)或多個(gè)研究現(xiàn)象之間是否存在依存關(guān)系，并對(duì)有關(guān)系的變量進(jìn)行相關(guān)分析，進(jìn)而判斷其相關(guān)程度。相關(guān)程度用相關(guān)系數(shù)來(lái)衡量，一般用字母r來(lái)表示。

式中，x、y分別表示一組數(shù)據(jù)，其之間具有線性函數(shù)關(guān)系。相關(guān)系數(shù)r取值在-1到1之間，當(dāng)|r|=1時(shí)，稱(chēng)x、y完全相關(guān)；r=0時(shí)，稱(chēng)x、y不相關(guān)；|r|<1時(shí)，x的變化引起y的部分變化，r的絕對(duì)值越大，x的變化引起y的變化就越大。|r|>0.8時(shí)稱(chēng)為高度相關(guān)，|r|<0.3時(shí)稱(chēng)為低度相關(guān)，其他為中度相關(guān)[5]。

2.2 相對(duì)均方差法

標(biāo)準(zhǔn)差也稱(chēng)均方差，用σ表示，指樣本數(shù)據(jù)的離散程度。標(biāo)準(zhǔn)差就是樣本平均數(shù)方差的開(kāi)平方，通常是相對(duì)于樣本數(shù)據(jù)的平均值而定，受極值影響。標(biāo)準(zhǔn)差越小，表明數(shù)據(jù)越聚集，測(cè)量結(jié)果越接近真實(shí)值；反之，標(biāo)準(zhǔn)差越大，表明數(shù)據(jù)越離散，測(cè)量結(jié)果含有的誤差因素越大。計(jì)算方法如下：

假設(shè)有一組數(shù)值x1,...,xN(皆為實(shí)數(shù))，其平均值為：

標(biāo)準(zhǔn)差為：

3 氣氡觀測(cè)資料影響因素分析

3.1 脫氣裝置影響

近幾年，前兆觀測(cè)技術(shù)發(fā)展迅速,氣氡觀測(cè)方式變化較大，由以前的人工模擬觀測(cè)變?yōu)楝F(xiàn)在的自動(dòng)化數(shù)字觀測(cè)。從理論上講,一套理想的地下流體檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)包括一個(gè)無(wú)干擾的井孔、一套氣水分離集氣裝置和一臺(tái)性能良好的觀測(cè)儀器。選擇一套適合觀測(cè)井的脫氣裝置，是保證觀測(cè)資料質(zhì)量的必要條件[6]。

為考察脫氣裝置對(duì)氣氡測(cè)值的影響，選取安國(guó)井和北山一號(hào)泉2個(gè)觀測(cè)點(diǎn)兩年的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。2個(gè)測(cè)點(diǎn)所用的脫氣裝置不同，觀測(cè)儀器相同(均為SD-3A自動(dòng)測(cè)氡儀)?？紤]所選取的樣本(氣氡實(shí)際觀測(cè)值)中可能含有其他干擾因素，數(shù)據(jù)的波動(dòng)并非由脫氣裝置單一因素造成，在分析時(shí)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理(如，系統(tǒng)造成的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)、環(huán)境干擾造成的數(shù)據(jù)臺(tái)階、突跳等)。運(yùn)用均方差計(jì)算方法，對(duì)平?jīng)霭矅?guó)井和北山一號(hào)泉?dú)怆庇^測(cè)資料進(jìn)行處理。結(jié)果表明，安國(guó)井的均方差小于北山一號(hào)泉的，可能說(shuō)明安國(guó)井所用的脫氣裝置對(duì)氣氡測(cè)值的影響較小。從兩種脫氣裝置前15個(gè)月的均方差計(jì)算結(jié)果接近，第16個(gè)月開(kāi)始北山一號(hào)泉結(jié)果明顯增大的現(xiàn)象來(lái)看，安國(guó)井所用脫氣裝置的穩(wěn)定性優(yōu)于北山一號(hào)泉的(見(jiàn)圖1)。

圖1 平?jīng)霭矅?guó)井與北山觀測(cè)站氣氡值變化曲線Fig.1 Variation curve of gas radon value of the Anguo well and Beishan observation station in Pingliang

3.2 降雨影響

降雨量的多少會(huì)影響觀測(cè)數(shù)據(jù)，降雨量越大測(cè)值降低；反之，降雨量越小，測(cè)值會(huì)相應(yīng)地增大[7]。從圖2中可以看出，平?jīng)霭矅?guó)井氣氡測(cè)值與降雨量的關(guān)系不大，測(cè)值隨降雨量的升高而降低不明顯。從第12頁(yè)表1的相關(guān)分析結(jié)果看出，2016年氡值與降雨的年平均相關(guān)系數(shù)為0.380，2017年為0.374，表明平?jīng)霭矅?guó)井氣氡觀測(cè)受降雨的影響不大。

圖2 平?jīng)霭矅?guó)井氣氡值與降雨的關(guān)系Fig.2 Relation between gas radon value and rainfall in Pingliang Anguo Well

3.3 氣壓效應(yīng)

通過(guò)計(jì)算2016年1月1日至2017年12月31日平?jīng)霭矅?guó)井氣氡和氣壓的相關(guān)系數(shù)，認(rèn)為當(dāng)相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值大于0.500時(shí)，數(shù)據(jù)之間存在相關(guān)性，反之則不相關(guān)。對(duì)平?jīng)霭矅?guó)井氣氡值與氣壓的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示，表明氣壓與氣氡值成正相關(guān)性，氣氡值隨氣壓的升高而升高，反之則下降(見(jiàn)圖3)。

圖3 平?jīng)霭矅?guó)井氡值與氣壓的關(guān)系Fig.3 Relation between gas radon value and air pressure in Pingliang Anguo Well

3.4 氣溫影響

平?jīng)霭矅?guó)井于2016年底建成，2017年開(kāi)始正式觀測(cè)，所以研究選取2016年至2017年的氣溫與氡值資料進(jìn)行分析。由平?jīng)霭矅?guó)井氣溫和氡值日均值曲線第12頁(yè)圖4看出，2016年1月至2017年12月安國(guó)井氣溫和氡值呈正向變化的形態(tài)，兩者表現(xiàn)出幾乎同步變化的態(tài)勢(shì)，即氣溫升高氡值升高，反之則降低。

為定量分析該井氣氡與各影響因素的關(guān)系，對(duì)2016年至2017年平?jīng)霭矅?guó)井氣氡與氣溫、降雨量、氣壓進(jìn)行綜合相關(guān)分析。由表1可知，氣溫和氣壓對(duì)平?jīng)霭矅?guó)井氣氡觀測(cè)有一定的影響,2016年相關(guān)系數(shù)分別為0.627和0.660；2017年與氣溫的相關(guān)性明顯增大，相關(guān)系數(shù)為0.758，與氣壓的相關(guān)系數(shù)與2016年相比變化不大，為0.641，特別在3-8月，與氣溫相關(guān)性明顯增強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.872；與氣溫、氣壓相比，降雨量的影響相對(duì)較弱，相關(guān)系數(shù)為0.628。

圖4 平?jīng)霭矅?guó)井氣氡值與氣溫的關(guān)系Fig.4 Relation between gas radon value and temperature in Pingliang Anguo Well

月份2016年2017年氣溫降雨量氣壓氣溫降雨量氣壓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

4 結(jié)論

通過(guò)以上分析，得出平?jīng)霭矅?guó)井氣氡觀測(cè)資料受影響的情況如下。

(1) 主要受氣溫與氣壓的影響。兩者與氣氡測(cè)值均呈正相關(guān)，氣溫的影響程度大于氣壓。

(2) 與降雨量的關(guān)系不大。

(3) 與脫氣裝置關(guān)系密切。選擇合理的脫氣裝置是保證觀測(cè)資料質(zhì)量的重要條件。