李志鵬, 趙 冬, 袁 梅

(四川省地震局康定地震中心站姑咱水化綜合臺(tái)，四川 姑咱 626001)

姑咱臺(tái)氣氡測(cè)值異常與地震預(yù)報(bào)探討

李志鵬, 趙 冬, 袁 梅

(四川省地震局康定地震中心站姑咱水化綜合臺(tái)，四川 姑咱 626001)

總結(jié)了姑咱臺(tái)氣氡觀測(cè)資料的使用情況、存在的問題，對(duì)姑咱地震臺(tái)氣氡觀測(cè)值的年、月、日動(dòng)態(tài)變化和儀器干擾進(jìn)行了分析，并對(duì)姑咱臺(tái)氣氡觀測(cè)值在汶川8.0級(jí)地震、玉樹7.1級(jí)地震、蘆山7.0級(jí)地震以及康定6.3級(jí)地震前的異常進(jìn)行了分析，討論了姑咱氣氡觀測(cè)數(shù)據(jù)的映震效能，認(rèn)為：姑咱氣氡觀測(cè)值在周圍幾次強(qiáng)地震前異常形態(tài)的相似性和震后形態(tài)恢復(fù)的差異性，均表明姑咱氣氡觀測(cè)值異常變化能夠真實(shí)地記錄周圍強(qiáng)地震所處斷裂帶的應(yīng)力變化，具有很好的映震效能，可作為地震預(yù)報(bào)的可靠依據(jù)。

氣氡觀測(cè)值；姑咱地震臺(tái)；映震效能；地震預(yù)報(bào)

地震地下流體是指與地震孕育、發(fā)生和構(gòu)造活動(dòng)有直接聯(lián)系的、賦存于地殼巖體空隙中的水、氣、油等物質(zhì)。大陸地下流體前兆的物理力學(xué)機(jī)制，主要是基于強(qiáng)震孕育的動(dòng)力學(xué)原理，即在區(qū)域應(yīng)力作用下，當(dāng)?shù)貧そ橘|(zhì)受到力的作用而發(fā)生變形破壞時(shí)，賦存于介質(zhì)中的流體會(huì)在動(dòng)力作用、熱力作用和化學(xué)作用下發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。氡是一種放射性氣體，是鐳衰變的中間產(chǎn)物，氡在巖石的孔隙和裂隙中以自由氡、吸附氡和封閉氡的形式存在。實(shí)驗(yàn)證明[1，2]，氡反應(yīng)靈敏，當(dāng)受到外界的壓力、振動(dòng)等作用時(shí)，氡容易從其賦存的介質(zhì)中逃逸出來，因此，當(dāng)?shù)叵聭?yīng)力發(fā)生變化時(shí)，地下水中的氡濃度會(huì)出現(xiàn)不同程度的變化，這就是氡觀測(cè)的依據(jù)。氡作為地下流體學(xué)科的敏感組分，是地震科學(xué)研究中觀測(cè)時(shí)間最長、研究最廣泛的地下流體項(xiàng)目之一。

地下水中氣體的動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)是地下流體地震前兆監(jiān)測(cè)的主要手段之一。由于地下水中逸出氣參與地下水的循環(huán)，而且氣體對(duì)地下深處的應(yīng)力—應(yīng)變反映靈敏，會(huì)向壓力減小的方向迅速運(yùn)移，攜帶的信息量也較為豐富[3]，因此受到地震科研人員的重視。自20世紀(jì)70年代以來，國內(nèi)外地震學(xué)者為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化氡的觀測(cè)，曾研制了不同種類的脫氣裝置[4]?！熬盼濉?、“十五”期間，我國部分水氡觀測(cè)儀器得到數(shù)字化改造，近年來已完成了模擬觀測(cè)向數(shù)字化觀測(cè)的轉(zhuǎn)變。對(duì)姑咱臺(tái)數(shù)字化氣氡觀測(cè)的現(xiàn)狀的初步分析，希望能對(duì)該項(xiàng)觀測(cè)技術(shù)在今后地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中發(fā)揮更好的作用提供一些參考。

1 測(cè)點(diǎn)概況

姑咱海子泉位于四川省康定縣北東方向的姑咱鎮(zhèn)，地處北西向鮮水河斷裂帶、北東向龍門山斷裂帶和南北向安寧河斷裂帶的復(fù)合部位靠北地段，位于雞心梁子背斜的核部第三期中性江咀閃長巖和第四期的酸性瓦斯溝斜長花崗巖體的接觸部位，主要含水層為花崗巖。泉點(diǎn)向東距大渡河430 m，屬天然上升冷泉，水溫9.5～12.0℃,流量220～400 L/s，水質(zhì)類型HCO3-Ca型，是監(jiān)測(cè)鮮水河斷裂帶地震的“敏感點(diǎn)”。姑咱海子泉于1970年10月開始水氡觀測(cè)，40年來，姑咱水氡先后經(jīng)歷了甘孜及鄰區(qū)5.0級(jí)以上地震10多次。幾乎每次地震前姑咱水氡觀測(cè)值均有不同程度的臨震異常和趨勢(shì)異常，特別是1973年?duì)t霍7.9級(jí)地震和1976年松潘—平武7.2級(jí)地震前，姑咱水氡觀測(cè)值所表現(xiàn)出的臨震突跳異常，說明姑咱海子泉位于地下應(yīng)力較強(qiáng)的敏感地段，其水氡觀測(cè)值的變化能間接反映地下應(yīng)力情況，有較強(qiáng)的映震能力[5]。

2007年8月姑咱氣氡數(shù)字化改造通過驗(yàn)收后正式投入觀測(cè)，觀測(cè)儀器為SD-3A型自動(dòng)測(cè)氡儀，數(shù)據(jù)采用整點(diǎn)值。2008年5月12日汶川MS8.0級(jí)特大地震和2010年4月14日玉樹MS7.1級(jí)地震前姑咱氣氡均出現(xiàn)了較明顯的震前異常變化，2013年4月20日蘆山7.0級(jí)地震前姑咱氣氡也出現(xiàn)了測(cè)值的較大變化，但這種異常變化同之前汶川8.0級(jí)地震和玉樹7.1級(jí)地震前姑咱氣氡表現(xiàn)出來的變化有較大差異。然而姑咱氣氡偏低的背景值又讓國內(nèi)流體專家感到十分困惑，為了搞清姑咱氣氡背景值偏低的原因， 這里對(duì)姑咱氣氡觀測(cè)資料作了全面的整理，排除了儀器故障和觀測(cè)環(huán)境變化對(duì)觀測(cè)造成的影響，分析了姑咱氣氡觀測(cè)值在周圍幾次地震前的異常變化，討論了姑咱氣氡數(shù)字化改造后的儀器工作狀況及其映震效能。

2 姑咱氣氡資料分析處理

數(shù)字化氣氡觀測(cè)的對(duì)象是逸出氡，它既包含有地下水自深部向淺部運(yùn)移過程中由于溫度、壓力降低自然逸出的氡氣，也有經(jīng)過氣水分離裝置脫出的部分溶解氣體中的氡，目前測(cè)的是混合氣體的氡含量，采用SD-3A自動(dòng)測(cè)氡儀(儀器本底為每分鐘20個(gè)脈沖)觀測(cè)，整點(diǎn)采樣、自動(dòng)測(cè)試，每日產(chǎn)出24個(gè)時(shí)值[6，7]，其濃度單位雖然也為Bq/L，但含義為每升氣體中氡的含量。

2.1 氣氡的動(dòng)態(tài)分析

姑咱數(shù)字化氣氡觀測(cè)資料主要有脈沖和突變(臺(tái)階變化)2種大的變化，對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，造成這2種變化的主要原因是電壓瞬間不穩(wěn)、突然斷電、脫氣裝置故障(或氣量不足)、傳輸?shù)葐栴}，而不是地震前兆異常。整體來看，姑咱氣氡觀測(cè)資料的穩(wěn)定性較差，但當(dāng)臺(tái)站周圍中強(qiáng)地震較多時(shí)其氣氡測(cè)值也相對(duì)較高，當(dāng)氣氡測(cè)值較低時(shí)(接近0)，臺(tái)站周圍的中強(qiáng)地震也較少，這是否也說明姑咱氣氡與周圍中強(qiáng)地震相關(guān)性較高呢(見圖1)。

圖1 姑咱臺(tái)氣氡觀測(cè)曲線

1)氣氡的年動(dòng)態(tài)分析

對(duì)觀測(cè)資料相對(duì)穩(wěn)定的氣氡測(cè)點(diǎn)以月均值為基礎(chǔ)繪制氣氡年動(dòng)態(tài)曲線，其形態(tài)變化有一定的規(guī)律性，多數(shù)為“夏低冬高” 型與“平穩(wěn)波動(dòng)”型。年變形態(tài)特征有利于識(shí)別中強(qiáng)地震前可能出現(xiàn)的以破年變?yōu)闃?biāo)志的中期前兆異常[10]。

2)氣氡的月動(dòng)態(tài)分析

氣氡的月動(dòng)態(tài)曲線是以日均值為基礎(chǔ)繪制而成的。自有觀測(cè)以來的月動(dòng)態(tài)特征分析結(jié)果表明，月動(dòng)態(tài)類型多樣，月變幅不等，表現(xiàn)出較大的不穩(wěn)定性。月動(dòng)態(tài)具有起伏的特征，其規(guī)律性不明顯，變化幅度也偏大。這樣的特征，根據(jù)以往的水氡震例，是不利于識(shí)別地震前的階變、脈沖等短期或短臨前兆異常的[8，9]。

3)氣氡的日動(dòng)態(tài)分析

氣氡的日動(dòng)態(tài)曲線是以時(shí)值為基礎(chǔ)繪制而成的，其日動(dòng)態(tài)特征是不穩(wěn)定的，且變幅較大。多數(shù)測(cè)點(diǎn)的日變幅往往比月變幅大，說明觀測(cè)系統(tǒng)本身存在不穩(wěn)定性。氣氡日動(dòng)態(tài)觀測(cè)曲線的不穩(wěn)定會(huì)嚴(yán)重影響氣氡觀測(cè)在地震前兆監(jiān)測(cè)中的效能。根據(jù)以往水氡震例總結(jié)出來的前兆異常形態(tài)及幅度等特征[10]，在這樣不穩(wěn)定的氣氡日動(dòng)態(tài)觀測(cè)曲線中是很難識(shí)別出脈沖、階變等短臨前兆異常的[11]。

2.2 觀測(cè)儀器干擾情況及分析

2007年11月17日前姑咱氣氡觀測(cè)數(shù)據(jù)變化較大，8月12日氣氡儀主機(jī)故障，23日更換主機(jī)，更換主機(jī)前后數(shù)據(jù)一致性較好(圖2)。2007年11月17日原觀測(cè)水管堵塞，無法觀測(cè)，隨后更換進(jìn)水管，測(cè)值突降到零附近。至2008年1月，通過對(duì)姑咱氣氡測(cè)值突降原因的查找，并多次向儀器生產(chǎn)廠家和地下流體組專家請(qǐng)教，對(duì)儀器水路、氣路和儀器狀態(tài)等進(jìn)行多次檢查調(diào)整，確認(rèn)儀器各觀測(cè)環(huán)節(jié)和儀器狀態(tài)都正常，泉點(diǎn)氡測(cè)值仍然偏低。2008年2月開始，觀測(cè)環(huán)境和儀器設(shè)備沒有過變動(dòng)，每季度檢查儀器，儀器正常，2007年到2014年多次標(biāo)定儀器，儀器正常，儀器K值無明顯變化。

圖2 姑咱臺(tái)氣氡2007年11月至2008年2月觀測(cè)曲線

2007年11月后姑咱臺(tái)氣氡測(cè)值偏低，分析原因可能有以下幾個(gè)方面：

1)姑咱海子泉為天然出露泉點(diǎn)，泉點(diǎn)出露面積達(dá)80多平方米，泉點(diǎn)有多個(gè)涌水點(diǎn)。而原觀測(cè)進(jìn)水管引水位置和更換后進(jìn)水管的引水位置不同，造成更換引水管前后氣氡測(cè)值產(chǎn)生差異。

2)原引水管是“十五”數(shù)字化改造時(shí)用50 cm×50 cm喇叭口接直徑25 mm鍍鋅鋼管通過虹吸方式引到儀器，而更換后的引水管是2007年11月通過埋地直接引入儀器的，兩者引水口位置、喇叭口大小、引水方式的不同，再加上泉點(diǎn)氡濃度偏低，儀器脫氣裝置脫氣效率低等因素，造成姑咱氣氡觀測(cè)在更換引水管后測(cè)值突降。

3)2012年3月25日到9月25日對(duì)姑咱海子出水點(diǎn)A、B處用相同儀器進(jìn)行了不同引水管、脫氣裝置的交叉對(duì)比觀測(cè)。2012年9月26日起用出水口B處作日常觀測(cè)。

4)清洗和更換脫氣裝置氣管，對(duì)觀測(cè)結(jié)果影響很大，通常會(huì)引起數(shù)據(jù)突升。

3 姑咱氣氡觀測(cè)的映震效能分析

1)2008年5月12日汶川8.0級(jí)地震

在對(duì)收集到的觀測(cè)資料進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)汶川地震前姑咱測(cè)點(diǎn)氣氡測(cè)值為緩慢上升的高值異常(圖3a)。2008年5月7日18時(shí)姑咱氣氡在近半年低值波動(dòng)后測(cè)值突然上升，震前最大上升幅度達(dá)到12.5 Bq/L，在達(dá)到最大變化幅度后氡值回返減小，5月11日出現(xiàn)小幅波動(dòng)， 5月12日14時(shí)28分在距姑咱海子泉點(diǎn)直線距離160 km的汶川發(fā)生了8.0級(jí)特大地震。

2)2010年4月14日玉樹7.1級(jí)地震

2010年4月8日姑咱氣氡測(cè)值在近4個(gè)月的低值波動(dòng)后突然上升，4月9日小幅回返，4月11日繼續(xù)上升，震前最大上升幅度達(dá)到21.7 Bq/L ，4月14日距姑咱直線距離620 km的玉樹發(fā)生了7.1級(jí)強(qiáng)地震(見圖3b)。

圖3 姑咱臺(tái)氣氡震前異常曲線

分析姑咱地震臺(tái)氣氡觀測(cè)曲線在汶川8.0級(jí)地震和玉樹7.1級(jí)地震震前異常形態(tài)相似，均為低值波動(dòng)后出現(xiàn)高值突升，并在震前出現(xiàn)小幅波動(dòng)。表明姑咱氣氡測(cè)值在周邊地區(qū)強(qiáng)地震前的異常真實(shí)反映了發(fā)震斷裂帶地下應(yīng)力變化，異常引起的氡濃度變化具有可統(tǒng)計(jì)性；汶川8.0級(jí)地震震前氣氡測(cè)值突升，震后繼續(xù)上升，玉樹7.1級(jí)地震震前氣氡測(cè)值大幅度突升并在震前達(dá)到最大值，震后逐漸恢復(fù)，2次強(qiáng)地震后姑咱氣氡測(cè)值異常變化形態(tài)存在差異性，分析其差異原因認(rèn)為：汶川8.0級(jí)地震發(fā)生在大型逆沖斷裂龍門山斷裂帶，玉樹7.1級(jí)地震發(fā)生在巴顏喀拉塊體南部的右旋走滑型金沙江—鮮水河斷裂帶，而姑咱海子泉點(diǎn)位于鮮水河斷裂帶和龍門山斷裂帶的交匯帶上，該泉點(diǎn)是反映龍門山斷裂帶和金沙江—鮮水河斷裂帶地下應(yīng)力變化的敏感點(diǎn)，但由于逆沖型斷裂與右旋走滑型斷裂在強(qiáng)地震時(shí)的應(yīng)力釋放與強(qiáng)地震后的應(yīng)力恢復(fù)方式不同，所表現(xiàn)出的氣氡濃度變化的差異正是姑咱氣氡測(cè)值在這2次強(qiáng)地震中異常變化的最好解釋，表明姑咱氣氡觀測(cè)具有很好的映震效能。

3)2013年4月20日蘆山7.0級(jí)地震

蘆山7.0級(jí)地震是在2012年9月26日姑咱氣氡更換引水管后觀測(cè)到的1次強(qiáng)震，地震發(fā)生在龍門山斷裂帶，距觀測(cè)泉點(diǎn)80 km。地震前兩個(gè)月姑咱氣氡測(cè)值一直處在較大的波動(dòng)中,波動(dòng)幅度為0.0～15.0 Bq/L，4月2日12時(shí)開始，姑咱氣氡測(cè)值出現(xiàn)突升，最大值達(dá)到31.3 Bq/L，之后小幅度波動(dòng)，4月20日發(fā)生蘆山7.0級(jí)地震。汶川8.0級(jí)地震和蘆山7.0級(jí)地震都發(fā)生在大型逆沖斷裂龍門山斷裂帶上，2次地震前姑咱氣氡測(cè)值都出現(xiàn)了類似的異常變化，但又有所不同，相同的是2次地震都發(fā)生在氣氡測(cè)值大幅度上升后一段時(shí)間內(nèi),其中汶川地震是在測(cè)值升高后1周發(fā)震,而蘆山地震是在測(cè)值升高18天后發(fā)震；不同的是汶川地震前氣氡測(cè)值一直穩(wěn)定在0.5 Bq/L左右，而蘆山地震前氣氡測(cè)值在15.0 Bq/L內(nèi)上下波動(dòng)。也說明引水管B處能更敏感地感受到地下應(yīng)力的變化，并通過其測(cè)值表現(xiàn)出來(見圖4)。

圖4 姑咱臺(tái)氣氡在蘆山地震和康定地震前異常曲線

4)2014年11月22日康定6.3級(jí)地震和11月25日5.8級(jí)地震

2014年11月22日康定6.3級(jí)地震前后，距震中46 km的姑咱氣氡觀測(cè)引水管A處與引水管B處都沒有觀測(cè)到明顯的異常變化，2008年2月27日康定5.1級(jí)地震前后，引水管A處也沒有觀測(cè)到數(shù)據(jù)的異常變化。11月25日康定5.8級(jí)地震前8小時(shí)引水管B處觀測(cè)到了數(shù)據(jù)的異常變化,而引水管A處沒有。(見圖5)更進(jìn)一步說明引水管B處的映震效果更好，觀測(cè)效果優(yōu)于引水管A處[12]。

圖5 康定6.3級(jí)和5.8級(jí)地震時(shí)姑咱氣氡觀測(cè)曲線對(duì)比

4 討論與結(jié)論

1)姑咱氣氡觀測(cè)低背景值是泉點(diǎn)自身的情況反映。2)姑咱氣氡在汶川8.0級(jí)、玉樹7.1和蘆山7.0級(jí)強(qiáng)地震前出現(xiàn)的突變異常，是在排除儀器故障和觀測(cè)環(huán)境變化后得出的結(jié)論，其異常真實(shí)可靠。姑咱氣氡觀測(cè)在幾次強(qiáng)地震前異常形態(tài)的相似性和震后恢復(fù)的差異性，均表明姑咱氣氡異常變化能夠真實(shí)反映強(qiáng)地震所處斷裂帶的應(yīng)力變化，表明姑咱氣氡觀測(cè)具有很好的映震能力。特別是當(dāng)姑咱氣氡測(cè)值升到20 Bq/L以上時(shí)，臺(tái)站周圍300 km范圍內(nèi)發(fā)生5.0級(jí)地震的可能性比較大。3)姑咱氣氡測(cè)值在康定6.3級(jí)地震前沒有明顯的異常變化,而在康定5.8級(jí)地震前幾小時(shí)又出現(xiàn)了一些異常變化,說明地震預(yù)報(bào)的復(fù)雜性,沒有一種觀測(cè)項(xiàng)目能在每次地震前都發(fā)現(xiàn)異常,只能通過各學(xué)科各測(cè)項(xiàng)的綜合分析才能提高地震預(yù)報(bào)的可靠性。

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Abnormal changes of the gas radon data in Guza Seismic Station and the earthquake prediction

Li Zhipeng,Zhao Dong,Yuan Mei

(Hydro-chemical comprehensive observatory, Guza Seismic Central Station, Earthquake Administration of Sichuan Province, Sichuan Kangding 626001, China)

We first discuss the observation data of the gas radon and problems in Guza Seismic Station and then analyze interferences included in the dynamic changes and caused by observation instrument. The observation data show some of abnormal changes before the 2008 WenchuanM8.0 Earthquake, the 2010 YishuM7.1 Earthquake, the 2013 LushanM7.0 Earthquake and the 2014 KangdingM6.3 Earthquake. The responsive effects included in these observation data in Guza Seismic Station are discussed in this article. We think that the observation data changes can response near earthquakes with magnitude of 5.0 or greater occurred around Guza. The observation data restore to the original state after the earthquakes. So we think that the observation data from Guza Seismic Station can response the stress changes of the geological structure nearby regions. We predict the possible earthquake around.

gas radon observation; Guza Seismic Central Station; responsive effect; earthquake prediction

2015-04-10

中國地震局“三結(jié)合”課題項(xiàng)目資助

李志鵬(1972-)，男，四川省漢源縣人，高級(jí)工程師，主要從事地震地下流體觀測(cè)與研究.

P315.72

A

1001-8115(2015)04-0024-05

10.13716/j.cnki.1001-8115.2015.04.006