龔永儉，程立康，李 越，馬義山，馬麗麗

(天津市地震局，天津 300201)

斷層土壤氣CO2含量快速測(cè)定法關(guān)鍵問(wèn)題探討

龔永儉，程立康，李 越，馬義山，馬麗麗

(天津市地震局，天津 300201)

為了提高斷層土壤氣CO2含量觀測(cè)數(shù)據(jù)的映震效能，從測(cè)點(diǎn)選擇、裝置布設(shè)、觀測(cè)方法、輔助測(cè)項(xiàng)4個(gè)方面對(duì)斷層土壤氣CO2含量快速測(cè)定法的關(guān)鍵問(wèn)題做了全面研究，得出結(jié)論：(1)斷層土壤氣CO2含量測(cè)點(diǎn)應(yīng)選擇在活動(dòng)斷層破裂帶上或緊鄰破裂帶的敏感地帶，在測(cè)點(diǎn)選擇時(shí)應(yīng)結(jié)合地質(zhì)資料和鉆孔資料對(duì)預(yù)選址的地下巖石結(jié)構(gòu)及其破裂程度進(jìn)行研究或有效探測(cè)，不宜僅為了觀測(cè)方便在現(xiàn)有地震臺(tái)站隨便選址；(2)斷層土壤氣CO2含量快速測(cè)定法的裝置要盡可能布設(shè)得深入地下，至少應(yīng)使測(cè)定孔深度超過(guò)地表以下0.5 m，最好能夠選擇深入地表以下2.0 m以上的深度，以盡量減少或不受地表生物層的影響，但在裝置布設(shè)時(shí)也要充分考慮地下水位的變化情況；(3)在使用斷層土壤氣CO2含量快速測(cè)定法觀測(cè)CO2含量變化的過(guò)程中應(yīng)努力消除人為因素的影響，避免主觀隨意性，特別是應(yīng)將CO2含量快速測(cè)定管放置到靠近測(cè)定孔的孔底位置，快速測(cè)定管底部開口應(yīng)盡量保持一致且要使開口口徑最大化，避免快速測(cè)定管觸底；(4)測(cè)定孔內(nèi)溫度與斷層土壤氣CO2含量變化呈正相關(guān)，降雨量對(duì)斷層土壤氣CO2含量測(cè)值有負(fù)面的影響，同步進(jìn)行測(cè)定孔內(nèi)溫度和降雨量輔助觀測(cè)是必須的。鑒于氣壓變化與斷層土壤氣CO2含量變化有較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)，建議在機(jī)理上進(jìn)一步研究其影響，同時(shí)還應(yīng)引入濕度作為斷層土壤氣CO2含量觀測(cè)的輔助測(cè)項(xiàng)。

斷層；CO2含量觀測(cè)；快速測(cè)定法；地下流體；地球化學(xué)

0 引言

在地球的各種動(dòng)力學(xué)過(guò)程中，地殼中的CO2含量會(huì)發(fā)生明顯的變化。地震的孕育過(guò)程中由于應(yīng)力的匯集常常伴隨著地下巖石發(fā)生破裂，釋放出CO2氣體。通過(guò)對(duì)地殼中CO2含量的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以提取到地震的孕育信息，對(duì)地震預(yù)測(cè)有重要的意義和價(jià)值[1]。

中國(guó)地震工作者自1966年邢臺(tái)地震以后開始開展地殼中CO2含量的觀測(cè)，最初是對(duì)井水中CO2溶解氣的觀測(cè)，其后拓展到溫泉水中CO2含量的觀測(cè)，最后發(fā)展到對(duì)斷層土壤氣CO2含量的觀測(cè)[2-12]。

在斷層土壤氣CO2含量觀測(cè)方法方面，CO2含量快速測(cè)定法被認(rèn)為是簡(jiǎn)便易行、成本低廉且結(jié)果可靠的一種方法，該方法自發(fā)明之后即被迅速推廣，中國(guó)地震系統(tǒng)進(jìn)行斷層土壤氣CO2含量觀測(cè)的測(cè)點(diǎn)目前基本采用該方法。通過(guò)使用CO2含量快速測(cè)定法，取得了一些可靠的CO2含量震前異常數(shù)據(jù)，對(duì)地震預(yù)測(cè)和研究起到了推動(dòng)作用。但由于該項(xiàng)觀測(cè)技術(shù)沒有規(guī)范可以遵循，在實(shí)際工作中不論是測(cè)點(diǎn)選擇、裝置布設(shè)，還是觀測(cè)方法、輔助測(cè)項(xiàng)方面均表現(xiàn)出較強(qiáng)的隨意性，導(dǎo)致許多測(cè)點(diǎn)產(chǎn)出的CO2含量觀測(cè)數(shù)據(jù)缺乏映震能力，浪費(fèi)了人力和物力。為此，筆者以前人的相關(guān)研究成果為基礎(chǔ)，以天津地區(qū)斷層土壤氣CO2含量快速測(cè)定實(shí)踐、部分專項(xiàng)試驗(yàn)和基本理論為依據(jù)，從測(cè)點(diǎn)選擇、裝置布設(shè)、觀測(cè)方法、輔助測(cè)項(xiàng)4個(gè)方面對(duì)斷層土壤氣CO2含量快速測(cè)定法的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了較全面的研究。

1 CO2快速測(cè)定法簡(jiǎn)介

1.1 測(cè)定原理

CO2快速測(cè)定法所使用的測(cè)量工具是CO2含量快速測(cè)定管。CO2含量快速測(cè)定管是一支長(zhǎng)14 cm、直徑0.45 cm的底部錐形的玻璃管，管內(nèi)充填了吸附有百里酚酞的活性氧化鋁(呈淡蘭色)。百里酚酞是弱有機(jī)酸，具有共軛酸堿對(duì)，其共軛酸堿對(duì)具有不同的化學(xué)結(jié)構(gòu)，且顏色也不同，堿式色為藍(lán)色，酸式色為無(wú)色。當(dāng)介質(zhì)的pH值發(fā)生改變時(shí)，百里酚酞的共軛酸堿對(duì)發(fā)生相互轉(zhuǎn)變，從而引起測(cè)定管顏色的變化。當(dāng)氣體進(jìn)入測(cè)定管中，即被活性氧化鋁吸附，其中CO2立即與百里藍(lán)酚酞發(fā)生反應(yīng)，使測(cè)定管由藍(lán)變白。氣體中CO2含量越高，白色柱的長(zhǎng)度就越長(zhǎng)，根據(jù)白色柱的長(zhǎng)度，從測(cè)定管的刻度上即可直接讀出CO2的含量。

1.2 測(cè)定方法

首先在選定的斷層觀測(cè)點(diǎn)打孔埋設(shè)一根硬塑料管。把CO2含量快速測(cè)定管錐形的底部用鉗子剪斷或用其他工具折斷，然后用細(xì)線把CO2含量快速測(cè)定管吊掛孔中，上面用橡皮塞塞緊(圖1)。選擇固定的測(cè)量周期(一般為1 d)，取出CO2含量快速測(cè)定管，通過(guò)上面的刻度讀出CO2的含量值，這種方法實(shí)際測(cè)定的是土壤逸出氣的含量。

圖1 測(cè)定孔的結(jié)構(gòu)及測(cè)定管構(gòu)造示意圖

2 CO2快速測(cè)定法關(guān)鍵問(wèn)題探討

2.1 測(cè)點(diǎn)的選擇

2.1.1 測(cè)點(diǎn)位置的選擇

測(cè)點(diǎn)位置的選擇是開展CO2含量快速測(cè)定工作的最基礎(chǔ)性工作。測(cè)點(diǎn)位置的優(yōu)劣，在很大程度上決定了觀測(cè)數(shù)據(jù)的映震能力。土壤氣CO2含量快速測(cè)定最初發(fā)源于對(duì)活動(dòng)斷層的探測(cè)。林元武等1988年在唐山地震震中區(qū)禮尚莊布設(shè)了一條跨發(fā)震斷裂(唐山斷裂)的剖面，測(cè)定點(diǎn)距一般為20 m， 斷裂帶上加密至10～15 m，測(cè)定孔的深度為0.5 m。結(jié)果表明：CO2背景值為4.5×104～7.0×104mg，平均為5.5×104mg，斷裂上CO2異常顯著，異常峰值是背景值的2倍左右，CO2異常范圍略寬于地震形變帶。在1988年10月對(duì)跨夏墊斷裂剖面CO2觀測(cè)的結(jié)果與此相類似[5]。以上研究結(jié)果印證了在活動(dòng)斷層上觀測(cè)土壤氣CO2含量更易提取到異常信息的論斷。

從地震震中統(tǒng)計(jì)資料分析，絕大多數(shù)強(qiáng)震震中也分布于活動(dòng)斷裂帶上，2008年汶川MS8.0地震和2013年蘆山MS7.0地震都發(fā)生在龍門山斷裂?；顒?dòng)斷層能夠?qū)Φ叵聭?yīng)力的匯集與釋放過(guò)程有較好的反映，而在應(yīng)力的匯集過(guò)程中常常伴隨著地下巖石的破裂，釋放出CO2氣體。相比較而言，活動(dòng)斷層的巖石更容易發(fā)生破裂，因此CO2含量測(cè)點(diǎn)要選擇在活動(dòng)斷層或其周邊地區(qū)，選擇非活動(dòng)斷層則可能會(huì)失去其預(yù)測(cè)地震的意義。

選擇活動(dòng)斷層的周邊多遠(yuǎn)距離作為土壤氣CO2含量測(cè)點(diǎn)，尚無(wú)學(xué)者研究。筆者認(rèn)為：這取決于所選擇的活動(dòng)斷層的破裂帶寬度，如果活動(dòng)斷層的破裂帶較寬，則在CO2含量的測(cè)點(diǎn)選擇時(shí)可以將距離稍放寬一些，如果活動(dòng)斷層的破裂帶較窄，則應(yīng)盡可能選擇在活動(dòng)斷層上。

是否能夠考慮現(xiàn)有的地震臺(tái)站臺(tái)址作為土壤氣CO2含量的測(cè)點(diǎn)，筆者認(rèn)為應(yīng)一分為二地看待這個(gè)問(wèn)題：現(xiàn)有臺(tái)站臺(tái)址絕大多數(shù)位于活動(dòng)斷層的周邊地區(qū)，如果該臺(tái)址其他測(cè)項(xiàng)有較強(qiáng)的映震能力，說(shuō)明該臺(tái)址的地下結(jié)構(gòu)能夠充分反映出地下應(yīng)力的匯集過(guò)程，一般也適宜進(jìn)行土壤氣CO2含量觀測(cè)；如果臺(tái)址內(nèi)的其他測(cè)項(xiàng)均無(wú)映震表現(xiàn)，則該臺(tái)址很可能也不適宜進(jìn)行土壤氣CO2含量觀測(cè)。土壤氣CO2含量的觀測(cè)不同于形變類等測(cè)項(xiàng)，選擇測(cè)點(diǎn)時(shí)更應(yīng)注意地下巖石的破裂程度。

2.1.2 測(cè)點(diǎn)位置的選擇方法

在CO2含量快速測(cè)定法測(cè)點(diǎn)位置選擇時(shí)應(yīng)對(duì)擬選位置的地下結(jié)構(gòu)，特別是巖石的破裂性，結(jié)合地質(zhì)資料和鉆孔資料進(jìn)行分析，必要時(shí)可進(jìn)行有效探測(cè)。最有效的探測(cè)方法應(yīng)是鉆孔，但這種方法成本過(guò)高。如果在現(xiàn)有的地震臺(tái)站選擇CO2含量測(cè)點(diǎn)，可以參考臺(tái)站的臺(tái)址資料和臺(tái)站內(nèi)所有的鉆孔資料，因?yàn)榈卣鹋_(tái)站地處偏僻，一般會(huì)有吃水井，有的臺(tái)站還有測(cè)震井、體應(yīng)變井、GNSS鉆孔等，可以根據(jù)這些鉆孔的位置以及鉆孔顯示的地下巖石破裂情況來(lái)確定是否適宜CO2含量觀測(cè)，從而決定是否適宜CO2含量觀測(cè)的測(cè)點(diǎn)選擇以及選定測(cè)點(diǎn)的具體位置。

2.2 裝置布設(shè)

2.2.1 裝置布設(shè)方法

林元武等提出的CO2含量測(cè)量步驟為：先用洛陽(yáng)鏟在觀測(cè)點(diǎn)上打孔(孔深可根據(jù)工作需要而定)，在孔中下硬塑料套管，直抵孔底，塑料管的周圍用土填實(shí)、壓實(shí)，以免氣體逸出，然后用細(xì)線把CO2快速測(cè)定管吊掛孔中，上面用橡皮塞塞緊。經(jīng)24 h的積累，取出測(cè)定管，在現(xiàn)場(chǎng)即可讀出CO2的含量[5]。由此可見，CO2含量快速測(cè)定的裝置還是非常簡(jiǎn)單的。

由于洛陽(yáng)鏟這種工具并非隨處可購(gòu)，實(shí)踐中，大多數(shù)CO2含量快速測(cè)定的測(cè)點(diǎn)在裝置布設(shè)時(shí)均采用開挖深坑埋設(shè)硬塑料套管的方式。這種埋設(shè)方式與洛陽(yáng)鏟鉆孔的方式?jīng)]有太大的區(qū)別，僅是洛陽(yáng)鏟鉆孔的方式布設(shè)完硬塑料套管后周圍的空余空間一般較小，這就要求采用開挖深坑的方式時(shí)注意回填土的壓實(shí)問(wèn)題，以免觀測(cè)裝置不能有效收集土壤氣CO2。

實(shí)踐中，有的測(cè)點(diǎn)會(huì)在硬塑料套管的下半段一定長(zhǎng)度內(nèi)外壁打上小孔，而有的測(cè)點(diǎn)不在硬塑料套管外壁打孔。筆者認(rèn)為：硬塑料套管的下半段打孔與不打孔的觀測(cè)結(jié)果相比，前者數(shù)值會(huì)偏高些，但如果打孔的位置距離地面深度不夠，尤其是小于0.5 m，觀測(cè)結(jié)果將更容易受到地表生物層的影響[5，9，12]，因此在裝置布設(shè)較淺時(shí)并不提倡在硬塑料套管外壁打孔。

在裝置布設(shè)完成后，是否需將硬塑料套管內(nèi)的空氣抽取真空？有學(xué)者曾提出對(duì)測(cè)定孔內(nèi)的空氣抽成真空的看法[5]。為了對(duì)測(cè)定孔抽取真空的意義進(jìn)行研究，筆者進(jìn)行了一個(gè)小試驗(yàn)：將CO2快速測(cè)定管底部開口后置于空氣中，發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷1 d后，快速測(cè)定管的顏色并未發(fā)生改變，即測(cè)定的CO2含量數(shù)值為0。由此可見，空氣中的CO2含量是相對(duì)較低的，測(cè)定孔中混入空氣中的CO2對(duì)斷層土壤氣CO2含量的觀測(cè)結(jié)果影響不大。

2.2.2 裝置的口徑和深度

林元武等對(duì)隱伏斷裂不同深度CO2異常特征研究后，認(rèn)為地下0.5 m深度處于耕作層的范圍，有機(jī)質(zhì)豐富，溫度、濕度等條件可能較適宜于生物化學(xué)作用，生物化學(xué)作用可產(chǎn)生大量的CO2，CO2異?？赡芤陨锍梢?yàn)橹鳎?.0 m深處CO2來(lái)源于生物作用的可能性是很小的[5]。該項(xiàng)研究?jī)H以0.5 m和2.0 m的深度為依據(jù)，對(duì)CO2含量快速測(cè)定裝置的布設(shè)深度不具有直接的指導(dǎo)意義，但有一定的參考價(jià)值。

在相關(guān)的研究成果中均未給出適宜的硬塑料套管長(zhǎng)度和直徑。筆者認(rèn)為：硬塑料套管長(zhǎng)度應(yīng)高于觀測(cè)的深度，使之高于地面，以避免降雨過(guò)程中雨水流入測(cè)定孔中。天津地區(qū)一般高于地面30 cm以上，建議雨水豐富的南方地區(qū)適當(dāng)增高這一距離。硬塑料套管埋入土壤的深度，即測(cè)定孔的實(shí)際觀測(cè)深度，一般不應(yīng)低于0.5 m，要盡可能深一些，以2.0 m以上更宜。裝置布設(shè)的深度要受地下水儲(chǔ)量的影響，要保證測(cè)定孔在雨季時(shí)不因地下水的溢出而有積水。天津地區(qū)地下水位普遍較高，以寶坻臺(tái)新臺(tái)址為例，在春季地下1.8 m左右就到了水位面，夏季受降雨補(bǔ)給的影響地下水位將會(huì)更高些。天津的CO2測(cè)定孔深度一般在1.0～1.5 m，這并非理想的深度。

硬塑料套管的直徑不宜過(guò)小和過(guò)大——過(guò)小，不利于土壤氣CO2的收集；過(guò)大，在更換測(cè)定管的過(guò)程中容易導(dǎo)致測(cè)定孔內(nèi)外氣體流動(dòng)，影響觀測(cè)效果。根據(jù)天津地區(qū)CO2含量快速測(cè)定實(shí)踐，建議測(cè)定孔硬塑料套管直徑在80～110 mm左右。

2.3 觀測(cè)方法

觀測(cè)數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確、可靠，越有利于提取到地震孕育信息。但是，實(shí)踐中對(duì)于CO2含量快速測(cè)定管的放置位置和底部開口大小等往往有很強(qiáng)的隨意性，影響到觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2.3.1 測(cè)定管位置選擇

CO2含量快速測(cè)定管在測(cè)定孔中不同深度觀測(cè)到的CO2含量數(shù)值有較大差異。高小其等對(duì)CO2含量快速測(cè)定管在測(cè)定孔的上部、中部和下部進(jìn)行了同步觀測(cè)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明CO2含量快速測(cè)定管在測(cè)定孔的下部數(shù)值偏高[9]。筆者也做過(guò)類似的試驗(yàn)，結(jié)論與上述研究結(jié)果一致?？焖贉y(cè)定管在測(cè)定孔底部的數(shù)值更大可以從CO2的密度偏大的角度來(lái)解釋，觀測(cè)到的CO2含量數(shù)值越大，說(shuō)明測(cè)定孔內(nèi)的CO2與快速測(cè)定管內(nèi)的百里酚酞反應(yīng)更充分，數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確、可靠。

實(shí)踐中各個(gè)測(cè)點(diǎn)CO2含量快速測(cè)定管距測(cè)定孔底部的距離差異較大。以天津?yàn)槔红o海臺(tái)CO2快速測(cè)定管底部距測(cè)定孔底部約50 cm，寶坻臺(tái)(老臺(tái)址，下同)CO2快速測(cè)定管底部距測(cè)定孔底部約30 cm。筆者認(rèn)為：這2個(gè)測(cè)點(diǎn)放置CO2含量快速測(cè)定管的位置均不太好，應(yīng)當(dāng)將其放置得更深一些。

CO2含量快速測(cè)定管在測(cè)定孔中放置的位置過(guò)低，有可能會(huì)發(fā)生觸底，而影響到觀測(cè)結(jié)果。高小其等做過(guò)CO2含量快速測(cè)定管的觸底試驗(yàn)，結(jié)果表明快速測(cè)定管觸底時(shí)觀測(cè)到的數(shù)值偏低，造成這種現(xiàn)象的原因是由于觀測(cè)管的進(jìn)氣口被部分堵塞[9]。因此，在CO2含量快速測(cè)定法觀測(cè)過(guò)程中應(yīng)絕對(duì)避免快速測(cè)定管的觸底問(wèn)題。建議將快速測(cè)定管放置在測(cè)定孔底部以上5～10 cm。

需要說(shuō)明的是：測(cè)定管放置的位置絕大多數(shù)情況下不會(huì)影響到數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)變化的基本形態(tài)。筆者曾對(duì)此做過(guò)短期的觀測(cè)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果印證了上述論斷。

2.3.2 測(cè)定管的開口大小對(duì)土壤氣CO2含量觀測(cè)的影響

CO2含量快速測(cè)定管的底部呈圓椎形，長(zhǎng)約11 mm，越往底部測(cè)定管的口徑越小?？焖贉y(cè)定管在放置于測(cè)定孔前需要將底部開口。對(duì)開口的位置沒有相關(guān)的規(guī)定，也沒有專用工具用于開口，許多觀測(cè)人員在剪斷CO2含量快速測(cè)定管底部時(shí)很隨意，CO2含量快速測(cè)定管開口大小每天都不同。有人認(rèn)為測(cè)定管在測(cè)定孔內(nèi)放置1 d，測(cè)定孔中的CO2會(huì)充分進(jìn)入快速測(cè)定管中，與快速測(cè)定管中的百里藍(lán)酚酞發(fā)生反應(yīng)，得到真實(shí)、準(zhǔn)確、可靠的觀測(cè)數(shù)據(jù)，因此不必考慮快速測(cè)定管的底部開口大小問(wèn)題。但試驗(yàn)結(jié)果卻與此觀點(diǎn)大相徑庭：筆者曾每天使用同類3支CO2含量快速測(cè)定管，對(duì)測(cè)定管底部不同位置開口(開口大小不同)，放置到同一測(cè)定孔的同一深度進(jìn)行同步觀測(cè)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明測(cè)定管的底部開口越大，觀測(cè)到的CO2數(shù)值越高，不同開口大小的快速測(cè)定管觀測(cè)到的CO2數(shù)值有較大偏差。表1為試驗(yàn)過(guò)程中的部分?jǐn)?shù)據(jù)，由此可見一斑。

表1 快速測(cè)定管不同開口位置CO2觀測(cè)數(shù)值 (單位：格)

從該項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果也發(fā)現(xiàn)：底部不同大小開口的CO2含量快速測(cè)定管觀測(cè)到的數(shù)據(jù)均較穩(wěn)定，能反映出土壤氣CO2的變化動(dòng)態(tài)特征。此結(jié)果印證了開口大小相同與數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的關(guān)系。

2.4 輔助測(cè)項(xiàng)

對(duì)影響土壤氣CO2含量快速測(cè)定的氣象等輔助因素進(jìn)行同步觀測(cè)，有利于去除干擾，從而提取到地震異常信息。但對(duì)于輔助測(cè)項(xiàng)，目前國(guó)內(nèi)研究成果僅提出地溫和降雨量2種。筆者對(duì)氣壓和濕度等對(duì)土壤氣CO2含量快速測(cè)定結(jié)果的影響也進(jìn)行了研究。

2.4.1 溫度對(duì)土壤氣CO2含量觀測(cè)的影響

對(duì)天津?qū)氎媾_(tái)、靜海臺(tái)、張道口臺(tái)、塘沽臺(tái)4個(gè)土壤氣CO2含量快速測(cè)定點(diǎn)的CO2含量觀測(cè)數(shù)據(jù)與測(cè)定孔內(nèi)溫度進(jìn)行繪圖，分析發(fā)現(xiàn)：各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)CO2含量數(shù)據(jù)均表現(xiàn)出夏高冬低的年變化特征，與測(cè)定孔內(nèi)溫度變化基本呈正相關(guān)的關(guān)系，但是在雨季受降雨量的影響，CO2含量數(shù)值偏低。圖2為寶坻臺(tái)2012年CO2含量觀測(cè)數(shù)據(jù)、測(cè)定孔內(nèi)溫度(08時(shí))數(shù)據(jù)、氣壓(08時(shí))數(shù)據(jù)曲線，從圖中可以清楚地看到CO2含量數(shù)據(jù)與測(cè)定孔內(nèi)溫度變化所呈現(xiàn)出的正相關(guān)關(guān)系。這與高小其等、張秀萍等的研究結(jié)果相一致。土壤氣CO2夏高冬低年變化特征，與地溫變化的正相關(guān)性，表明它受到地表生物層的影響[5，9，12]。筆者認(rèn)為這一現(xiàn)象也表明：(1)土壤氣CO2逸出能力與土壤溫度有關(guān)；(2)測(cè)定孔內(nèi)溫度越高，孔內(nèi)逸出的CO2分子擴(kuò)散越活躍。這2種因素均會(huì)導(dǎo)致土壤氣CO2觀測(cè)數(shù)值偏高。

2.4.2 氣壓對(duì)土壤氣CO2含量觀測(cè)的影響

對(duì)氣壓數(shù)據(jù)與土壤氣CO2含量觀測(cè)數(shù)據(jù)繪圖分析發(fā)現(xiàn)：氣壓與土壤氣CO2含量觀測(cè)數(shù)據(jù)有很好的相關(guān)性，具體表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，即氣壓夏低冬高，CO2含量則夏高冬低(圖2)。這究竟僅僅是統(tǒng)計(jì)上的相關(guān)，還是有著必然的科學(xué)聯(lián)系，限于水平，筆者還未研究清楚。筆者建議同步進(jìn)行氣壓觀測(cè)，為進(jìn)一步研究?jī)烧叩淖兓P(guān)系和對(duì)土壤氣CO2含量觀測(cè)資料的分析工作提供基礎(chǔ)資料。

2.4.3 降雨量對(duì)土壤氣CO2含量觀測(cè)的影響

通過(guò)對(duì)降雨量與土壤氣CO2含量觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，筆者發(fā)現(xiàn)降雨量與土壤氣CO2含量數(shù)據(jù)呈相反的變化關(guān)系，即降水量越高，土壤氣CO2含量數(shù)值越低。筆者認(rèn)為：導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因很可能是因?yàn)镃O2可溶于水，降雨后土壤中的水分增加，致使CO2溶解度增加，逸出CO2氣體則減少。因此，有必要在觀測(cè)CO2含量過(guò)程中同步進(jìn)行降雨量的觀測(cè)。

圖2 寶坻測(cè)點(diǎn)2012年CO2含量觀測(cè)數(shù)值、測(cè)定孔溫度、氣壓曲線

2.4.4 濕度對(duì)土壤氣CO2含量觀測(cè)的影響

基于CO2溶于水以及降雨后CO2含量觀測(cè)值偏低的現(xiàn)象，筆者認(rèn)為：土壤中的濕度不同，逸出的CO2量也會(huì)有相應(yīng)的影響。據(jù)調(diào)查，目前還沒有測(cè)點(diǎn)進(jìn)行濕度的同步觀測(cè)，但引入濕度的同步觀測(cè)無(wú)疑會(huì)對(duì)斷層土壤氣CO2含量觀測(cè)資料的分析有一定的意義。

3 結(jié)論與討論

(1)斷層土壤氣CO2含量測(cè)點(diǎn)應(yīng)選擇在活動(dòng)斷層破裂帶上或緊鄰破裂帶的敏感地帶，在測(cè)點(diǎn)選擇時(shí)應(yīng)結(jié)合地質(zhì)資料和鉆孔資料對(duì)預(yù)選址的地下巖石結(jié)構(gòu)及其破裂程度進(jìn)行研究或有效探測(cè)，不宜僅為了觀測(cè)方便在現(xiàn)有地震臺(tái)站隨便選擇CO2含量測(cè)點(diǎn)；

(2)斷層土壤氣CO2含量快速測(cè)定法的裝置要盡可能布設(shè)得深入地下，至少應(yīng)使測(cè)定孔深度超過(guò)地表以下0.5 m，最好能夠選擇深入地表以下2.0 m以上，盡量減少或不受地表生物層的影響，但在裝置布設(shè)時(shí)也要充分考慮地下水位的變化情況，裝置布設(shè)完成后要壓實(shí)回填土；

(3)在使用斷層土壤氣CO2含量快速測(cè)定法觀測(cè)CO2含量變化的過(guò)程中應(yīng)努力消除人為因素的影響，避免主觀隨意性，特別是應(yīng)將CO2含量快速測(cè)定管放置到靠近測(cè)定孔的底部位置，快速測(cè)定管底部開口應(yīng)盡量保持一致且要使開口口徑最大化，同時(shí)要避免快速測(cè)定管觸底；

(4)測(cè)定孔內(nèi)溫度與斷層土壤氣CO2含量變化呈正相關(guān)，降雨量對(duì)斷層土壤氣CO2含量測(cè)值有負(fù)面的影響，不論是理論分析，還是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，同步進(jìn)行測(cè)定孔內(nèi)溫度和降雨量輔助觀測(cè)是必須的。鑒于氣壓變化與斷層土壤氣CO2含量變化有較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)，建議在機(jī)理上進(jìn)一步研究其影響，同時(shí)還應(yīng)引入濕度作為斷層土壤氣CO2含量觀測(cè)的輔助測(cè)項(xiàng)。

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StudyonRapidDeterminationMethodofCO2ContentinFaultSoil

GONG Yong-jian, CHENG Li-kang, LI Yue, MA Yi-shan, MA Li-li

(Earthquake Administration of Tianjin Municipality, Tianjin 300201, China)

In order to improve the earthquake-reflecting ability of the fault soil gas CO2content data, critical issues from 4 aspects of test point selection, equipment layout, observation method, auxiliary items rapid determination method of fault soil gas CO2content was studied, the conclusion: (1) the fault soil gas CO2content measuring points should be selected in the rupture of active fault zone or adjacent to the crack sensitive zone, study or the effective detection of underground rock structure in the test point selection should be combined with the data of geological data and drilling on the location and the rupture of degree, not choose CO2content measured point in the existing seismic stations only for observation convenient; (2) device used in the determination method of the fault soil gas CO2content should layout as deeper as possible in underground, measure hole depth should be deeper than 0.5 m below the surface, the beset depth is 2.0 m or more so as to minimize or avoid the affection of surface biological layer, the underground water level should be taken into account, After the completion of the plant layout backfill soil compaction is necessary; (3) Artificial factors should be eliminated, especially the rapid determination tube should be placed near the bottom of the measuring hole but should not get in touch with the bottom, to rapid determination pipe bottom caliber should be consistent with each other so as to maximize the caliber; (4) Temperature of measuring hole and fault soil gas CO2changes were positively correlated, rainfall values have a negative influence on fault soil gas CO2content, temperature and rainfall aided synchronization observation is necessary.In view of changes in air pressure and fault soil gas CO2content has a strong negative correlation; further study on the mechanism of this effect is suggested.At the same time, the humidity should be measured as auxiliary observation of fault soil gas CO2.

CO2determination tube; opening; synchronization; underground fluid; geochemistry

10.3969/j.issn.1003-1375.2014.01.009

2013-05-17

華北強(qiáng)震強(qiáng)化跟蹤監(jiān)測(cè)項(xiàng)目；天津市地震局局內(nèi)科研項(xiàng)目“寶坻新臺(tái)井水位對(duì)地下水開采的響應(yīng)特征及機(jī)理研究”(項(xiàng)目編號(hào)：131006)；“王3井?dāng)?shù)字化氦變化特征的初步研究”(項(xiàng)目編號(hào)：121006)

龔永儉(1972—)，男，天津?qū)氎嫒?，工程師，主要從事地震臺(tái)站流體、電磁觀測(cè)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)管理的研究．E-mail:gong_123@126.com

P315.61

A

1003-1375(2014)01-0047-06