劉軼男

(吉林省地震局豐滿地震臺(tái)，吉林 132108)

豐滿臺(tái)水氡異常特征分析

劉軼男

(吉林省地震局豐滿地震臺(tái)，吉林 132108)

利用豐滿臺(tái)吉豐井1986—2016年的水氡觀測(cè)資料，分析其動(dòng)態(tài)變化特征，并研究了豐滿臺(tái)水氡異常與地震活動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，結(jié)果顯示：大部分異常的出現(xiàn)與消失在時(shí)間上與東北及華北的中強(qiáng)地震以及西太平洋地震帶北段等地區(qū)的強(qiáng)震活動(dòng)相關(guān)聯(lián)，映震效果較好。研究結(jié)果可為今后利用豐滿臺(tái)水氡異常資料進(jìn)行地震預(yù)報(bào)提供依據(jù)。

水氡；異常特征；地震關(guān)系；吉林豐滿

0 前言

水氡是地下水?dāng)y帶的放射性物質(zhì)之一，與地下水動(dòng)態(tài)有著密切的關(guān)系。氡以自由狀態(tài)、吸附狀態(tài)和封閉狀態(tài)3種狀態(tài)存在于礦物、巖石內(nèi)。地殼巖石處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，氡濃度處于平穩(wěn)變化狀態(tài)。如果巖石處于水飽和狀態(tài)時(shí)，一旦受到應(yīng)力改變、處于失穩(wěn)狀態(tài)或溫度升高，自由狀態(tài)的氡則擴(kuò)散在水里,吸附狀態(tài)和封閉狀態(tài)的氡由于巖石結(jié)構(gòu)變化也會(huì)成為自由狀態(tài)的氡擴(kuò)散在水中。大量震例表明，地震的發(fā)生常伴有流體異常[1-6]。研究表明，應(yīng)力、應(yīng)變變化，不同水系的高濃度氡和低濃度氡還有可能混入原觀測(cè)水系，改變水氡濃度[7]，因此從化學(xué)特性來(lái)看，氡是較靈敏的地震前兆指標(biāo)[1-4,8-13]。水氡觀測(cè)技術(shù)目前相當(dāng)成熟，20世紀(jì)90年代中期已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化。豐滿臺(tái)水氡是吉林省地下流體臺(tái)網(wǎng)的主要流體觀測(cè)點(diǎn)之一，從豐滿臺(tái)水氡的變化探討該水點(diǎn)的映震性能，以便獲得有關(guān)前兆異常特征的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而為異常提取和震情判斷提供依據(jù)。

1 豐滿臺(tái)吉豐井概況

1.1 吉豐井地質(zhì)概況

豐滿臺(tái)所處的大地構(gòu)造為東北斷塊區(qū)的老爺嶺-張廣才嶺斷塊隆起帶的中南部，位于NE向伊通-舒蘭斷裂帶與敦化—密山斷裂帶之間，另外附近有NW向第二松花江斷裂帶經(jīng)過(guò)，沿江分布有NW向第二松花江斷裂帶的次級(jí)斷層。豐滿臺(tái)所在區(qū)為豐滿—二道甸子斷裂帶，觀測(cè)山洞洞體為海西期花崗巖，巖體完整，洞內(nèi)有NW向斷裂(為豐滿—二道甸子斷裂的次級(jí)斷層)通過(guò)。豐滿臺(tái)水氡觀測(cè)井為靜水觀測(cè)井，井孔深21.7 m，孔徑130 mm，位于海西期花崗巖山洞內(nèi)，圍巖為花崗閃長(zhǎng)巖，斷層及節(jié)理較為發(fā)育，地下水類型為花崗巖的基巖裂隙水(圖1)。

圖1 豐滿臺(tái)所在區(qū)域地質(zhì)圖

1.2 吉豐井水氡觀測(cè)介紹

豐滿臺(tái)水氡觀測(cè)始于1986年11月1日，觀測(cè)室溫變化范圍為15℃lt;Tlt;30℃，相對(duì)濕度均小于80%。利用FD-125型測(cè)氡儀進(jìn)行水氡觀測(cè)，其靈敏度lt;0.2 Bq/L；我臺(tái)取樣時(shí)間定為每日9時(shí)前后30分鐘(08:30—09:30)，取樣方式為定時(shí)、定位、定量、負(fù)壓(將擴(kuò)散器抽至真空)、抽水取樣。產(chǎn)生資料連續(xù)可靠，可信度高(圖2)。

圖2 1986—2016年豐滿臺(tái)水氡氡值5日均值曲線圖

2 豐滿臺(tái)水氡動(dòng)態(tài)變化特征

觀測(cè)井的水主要來(lái)源于大氣降水，有少量深部流體從斷裂帶混入。因此，豐滿臺(tái)水氡資料受氣象因素影響明顯，水位和氡含量都具有明顯的年變規(guī)律。正常情況下水氡變化較為平穩(wěn)，日變幅在5～15 Bq/L，年變幅一般小于20%。為了更好地反映氡值變化的趨勢(shì)，排除單點(diǎn)突跳的影響，對(duì)水氡測(cè)值采用五日均值，降雨數(shù)據(jù)采用日均值，所有數(shù)據(jù)均用MAPSIS軟件進(jìn)行分析處理。2006年以前，水氡的濃度值、水位與降雨呈顯著的正相關(guān)。每年5—10月水氡值高于其他月份，是因?yàn)榻涤暝龃螅瑢?dǎo)致水位的升高，觀測(cè)井周圍花崗巖(存在較高的氡值背景)裂隙水所溶解的氡帶入到觀測(cè)井中，隨著水位降低后，富集于觀測(cè)井而導(dǎo)致水氡的升高 (圖3) 。多年觀測(cè)經(jīng)驗(yàn)表明，豐滿臺(tái)水氡觀測(cè)受一定降雨因素的干擾，但也顯示出正常的年變觀測(cè)規(guī)律。

豐滿臺(tái)水氡濃度在2009年3月20日四平伊通ML4.3地震發(fā)生前出現(xiàn)了多次高值突跳變化后，震后在新的背景下出現(xiàn)了新的年變規(guī)律。同時(shí)，水位升高而伴隨著氡值下降。2012年8月之前，水氡與水位大致表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的關(guān)系;2012年9月之后，二者呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)降水會(huì)引起水位的上升，但從圖3來(lái)看，并不十分明顯，有的年份降雨量大的時(shí)段會(huì)引起同期水位的上升，有的年份降雨量大的時(shí)段，同期水位的上升并不明顯，這受控于降雨量和水在地下的滯留時(shí)間。2009年和2012年的降雨量較少，水位上升不明顯。水位與水氡的關(guān)系則相對(duì)好一些，一般情況下，水位上升表明從圍巖裂隙中滲透到觀測(cè)井的水量增加，相應(yīng)的氡值由于釋稀而應(yīng)該是相對(duì)減少的。但2012年9月后水氡與水位卻呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，即水位上升，氡值也上升，并多次出現(xiàn)高值突跳，2013年9月5日水氡突跳最高值達(dá)366 Bq/L，超過(guò)均值(254 Bq/L)112 Bq/L，突跳異常較大，這顯示出異常的特征(圖3)。

注：水位和氡濃度為5日均值、降雨為日均值、綠色虛線為均值線圖3 2004-2016年豐滿臺(tái)水位、氡濃度和降雨曲線圖

3 豐滿臺(tái)水氡異常與地震對(duì)應(yīng)分析

豐滿地震臺(tái)水氡多次在西太平洋地震帶北段發(fā)生強(qiáng)震或者大華北地區(qū)發(fā)生中強(qiáng)地震前10～20 d內(nèi)出現(xiàn)短臨異常，特點(diǎn)是連續(xù)數(shù)日大幅度上升然后緩慢出現(xiàn)峰值, 在恢復(fù)過(guò)程中發(fā)震[8-10]。背景值清楚， 異常顯著，1995—1996年，此類異常特征更加明顯，極易識(shí)別(圖4，表1) 。

圖4 1995—1996年豐滿臺(tái)水氡日均值曲線與對(duì)應(yīng)的地震

日期北緯東經(jīng)MSΔ/km參考震中峰值幅度/(Bq/L)提前天數(shù)1995-04-2943.80°147.60°7.01600北海道以東160121995-05-2752.50°143.10°7.61750薩哈林島168221995-09-2035.00°118.00°5.21340山東蒼山180161995-10-1828.00°130.10°7.31650琉球群島205131995-12-0344.10°149.20°7.01900北海道以東140121996-01-0153.60°159.80°7.22750千島群島156101996-12-0845.40°150.00°7.02050千島群島15582005-07-2546.98°125.05°5.1390黑龍江林甸254162006-03-3144.42°124.00°5.0230吉林前郭24632009-03-2043.37°124.99°4.3140吉林伊通326212013-04-2242.54°122.24°5.3360內(nèi)蒙科左后旗30892013-10-3144.60°124.10°5.5234吉林前郭34823

2005年以來(lái)豐滿水氡短臨異常也有所顯示，如2005年林甸5.1級(jí)地震、2006年前郭5.0級(jí)地震、2009年四平伊通4.3級(jí)地震、2013年內(nèi)蒙科左后旗5.3級(jí)地震及前郭5.5級(jí)、5.0級(jí)地震，而比較明顯的短臨異常則是2009年四平伊通4.3級(jí)地震和2013年10月31日的前郭5.5級(jí)、5.0級(jí)地震(圖5)。

圖5 2003—2013年豐滿臺(tái)水氡5日均值曲線與對(duì)應(yīng)的地震

豐滿臺(tái)水氡自2012年9月份以來(lái)表現(xiàn)出年變畸變異常、2013年8月份出現(xiàn)氡濃度異常。2013年10月31日距豐滿臺(tái)約234 km的松原前郭縣查干花鎮(zhèn)發(fā)生5.5級(jí)及5.0級(jí)地震。顯然，豐滿臺(tái)水氡有較好的短臨前兆異常反映。

4 結(jié)語(yǔ)

豐滿臺(tái)水氡測(cè)項(xiàng)雖然在觀測(cè)過(guò)程中經(jīng)常呈現(xiàn)出高值—低值突跳變化，但總的來(lái)說(shuō)，還是具有較強(qiáng)的映震能力。經(jīng)過(guò)對(duì)長(zhǎng)期觀測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)分析表明，大部分異常的出現(xiàn)與消失在時(shí)間上與東北及華北的中強(qiáng)地震以及西太平洋地震帶北段等地區(qū)的強(qiáng)震活動(dòng)相關(guān)聯(lián)，映震效果較好，尤其是在強(qiáng)震前的水氡突跳異常更是該測(cè)項(xiàng)的一個(gè)突出的特征。

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AnomalyCharacteristicsofGroundwaterRadoninFengmanSeismicStation

LIU Yi-nan

(Fengman Seismic Station, Jilin Earthquake Agency, Jilin 132108)

The dynamic change characteristic of groundwater radon data from 1986 to 2016 in Fengman seismic station is analyzed and the relationship between its anomalies and seismic activity is studied. The results shows that: the appear and disappear time of the anomalies are related to the middle and strong earthquakes in Northeast China and North China and the strong earthquakes activity in the north part of the western Pacific earthquake zone etc. Its earthquake reflection effect is better, which may provide reference for earthquake forcasting using groundwater radon anomalies in Fengman seismic station.

groundwater radon; anomaly characteristics; earthquake relationship; Jilin Fengman

劉軼男.豐滿臺(tái)水氡異常特征分析[J]．華北地震科學(xué)，2017，35(4):80-83.

2017-12-22

中國(guó)地震局監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)科研三結(jié)合課題(160702)；地震行業(yè)科研專項(xiàng)結(jié)余資金使用計(jì)劃項(xiàng)目：2013年吉林前郭5.8級(jí)震群研究(2060302)

劉軼男(1980—)，女，吉林人，工程師，主要從事流體地球化學(xué)研究. E-mail：jllyn@126.com

P315.723

A

1003-1375(2017)04-0080-04

10.3969/j.issn.1003-1375.2017.04.015