肖攀 汪世仙 李露露 潘潔 張偉峰

摘? 要：該文簡(jiǎn)要介紹了蚌埠地震臺(tái)土壤氣定點(diǎn)觀測(cè)點(diǎn)的基本情況和測(cè)量方法。在直觀分析土壤氣氡及二氧化碳的變化特征的基礎(chǔ)上，運(yùn)用使用逐步回歸方法對(duì)氣象因素與土壤氣氡的相關(guān)程度進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明：蚌埠臺(tái)土壤氡主要是受到氣溫的影響，土壤氡濃度與氣溫成正相關(guān)，與氣壓成負(fù)相關(guān)，且氣溫對(duì)氣氡濃度的影響明顯高于氣壓和濕度。

關(guān)鍵詞：地球化學(xué)? 土壤氣氡? 土壤氣CO2

Abstract： This paper briefly introduces the basic situation and measurement methods of fixed-point observation points of soil gas at Bengbu Seismic Station. Based on the intuitive analysis of the variation characteristics of radon and carbon dioxide in soil， Stepwise regression method was used to verify the correlation between meteorological factors and soil radon. The results show that soil radon in Bengbu platform is mainly affected by air temperature. The concentration of radon in soil is positively correlated with air temperature and negatively correlated with air pressure， and the influence of air temperature on radon concentration is obviously higher than that of air pressure and humidity.

該文選用蚌埠臺(tái)土壤氣為研究對(duì)象，分析土壤氣氡和二氧化碳的化學(xué)特征，采用逐步回歸方法方法來(lái)確定主要的干擾因素，為該地區(qū)數(shù)據(jù)資料分析以及蚌埠地區(qū)短臨跟蹤工作提供參考依據(jù)。

1? 觀測(cè)方法

1.1 土壤氣觀測(cè)點(diǎn)基本情況

蚌埠地震臺(tái)站址位于中朝準(zhǔn)地臺(tái)。站北約3km處、站西約11km處分別展布著早第四紀(jì)活動(dòng)的近東西向的蚌埠斷裂和北北東向的固鎮(zhèn)-懷遠(yuǎn)斷裂。站址東約55km為郯廬斷裂帶。臺(tái)址巖性為花崗巖，揭露地層為亞粘土（見(jiàn)圖1）。

1.2 觀測(cè)裝置

蚌埠臺(tái)土壤氣氡觀測(cè)使用的測(cè)量?jī)x器為德國(guó)產(chǎn)ALPHAGUARD P2000測(cè)氡儀，該儀器具有寬量程（2～2000000Bq/m3）;可連續(xù)工作，（測(cè)試周期為60min，10min或者1min）等特性;氣壓、氣溫、相對(duì)濕度由P2000自帶傳感器產(chǎn)出。

CO2觀測(cè)，我們使用簡(jiǎn)便易行、成本低廉且結(jié)果可靠的CO2含量快速測(cè)定法[4]。

1.3 測(cè)量方法

（1）觀測(cè)井孔深度。參考申超等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)論[5]（見(jiàn)圖2），分別可知各種土壤的飽和濃度，根據(jù)其飽和濃度，可確定最佳取樣深度。此次實(shí)驗(yàn)土壤層為亞粘土，最終成井深度為1.8m。

（2）觀測(cè)井孔情況。觀測(cè)孔深1.8m，直徑10cm，長(zhǎng)約220cm的PVC管置于洞中心，地面出露約40cm。觀測(cè)孔布設(shè)CO2和Rn兩個(gè)集氣層，集氣層由集氣管與礫石層組成（見(jiàn)圖3）。為便于氣體富集，回填的底層鋪設(shè)40cm厚，直徑約5～8cm的鵝卵石。在集氣層上部鋪設(shè)了雙層塑料厚膜密封，并用粘土夯實(shí)，防止地面水滲入。

（3）測(cè)量時(shí)間間隔。測(cè)量時(shí)間可在儀器上直接設(shè)定，根據(jù)觀測(cè)點(diǎn)Rn濃度的含量，可設(shè)定觀測(cè)時(shí)間間隔1min、10min等。該實(shí)驗(yàn)使用的觀測(cè)儀器測(cè)量時(shí)間間隔為10min，抽氣速率0.5L/min。二氧化碳觀測(cè)采用24h的測(cè)量周期。

（4）數(shù)據(jù)采集。將PVC管口用橡膠塞密封，用導(dǎo)管將氣體導(dǎo)入氣體測(cè)量?jī)x器;由于采樣間隔為10min，每小時(shí)產(chǎn)生6個(gè)數(shù)據(jù)，對(duì)產(chǎn)生的6個(gè)數(shù)據(jù)做算術(shù)平均值，計(jì)為Rn整點(diǎn)值。CO2含量快速測(cè)定管，通過(guò)讀取刻度，計(jì)為CO2的日均值。

2? 資料分析與處理

2.1 土壤氣氡背景值分析

在進(jìn)行正式觀測(cè)前，我們進(jìn)行了3d的背景值觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量結(jié)果顯示（見(jiàn)圖4），該實(shí)驗(yàn)背景值應(yīng)為10.99kBq/m3。

2.2 土壤氣氡的潮汐分析

為了定量分析土壤氣氡觀測(cè)資料中的日潮、半日潮、三分之一潮，我們采用FFT方法，對(duì)蚌埠臺(tái)土壤氣氡2018年9月4日至2018年10月19日的整點(diǎn)值進(jìn)行頻譜分析，結(jié)果見(jiàn)圖5。結(jié)果表明，該數(shù)據(jù)中含有的[0.038-0.045]（1/h）頻率成分為優(yōu)勢(shì)頻率，也說(shuō)明蚌埠臺(tái)土壤氣氡的周期長(zhǎng)度為22.22～26.32h，即該儀器紀(jì)錄到清晰的日變形態(tài)，也真實(shí)反映地下流體中氣氡的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。

2.3 土壤氣Rn與CO2相關(guān)性

由圖6可以看出，土壤氣Rn和CO2的濃度曲線具有明顯的同步性，對(duì)該觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，土壤氣Rn和CO2的濃度平均值進(jìn)行相關(guān)性分析，其相關(guān)系數(shù)為0.83，這與目前關(guān)于土壤氣的研究結(jié)果基本一致，即土壤氣Rn與CO2的濃度具有一定的正相關(guān)性，這也進(jìn)一步證實(shí)CO2對(duì)氡氣具有載氣作用[6]。

3? 土壤氣Rn特征分析

3.1 Rn濃度與氣溫、氣壓、濕度的相關(guān)性分析

為了進(jìn)一步對(duì)比土壤氣Rn濃度與氣溫、氣壓、濕度的日變化特征，我們選取9月4日至10月19日受降雨干擾較小的時(shí)段，對(duì)Rn濃度與氣溫、氣壓、濕度的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

蚌埠臺(tái)土壤氡濃度在一天之中有較大的起伏，日變化從形態(tài)上來(lái)說(shuō)是單峰型。10時(shí)開(kāi)始上升，14時(shí)達(dá)到峰值，然后下降，在19時(shí)左右降至最低。從圖7可以看出，無(wú)論氣溫是在上升或者下降過(guò)程中，氡氣濃度與氣溫的測(cè)值出現(xiàn)較為同步的變化，曲線形態(tài)較為一致。通常，氣體在土壤中具有由低溫向高溫的方向遷移的規(guī)律，所以氣溫升高時(shí)，地下氣體容易逸出地面，從而造成土壤氣濃度的增高[6]。

由于土壤氣氡容易受到氣溫、氣壓、濕度等環(huán)境因素的影響，該文在直觀分析的基礎(chǔ)上運(yùn)用逐步回歸方法，以相關(guān)系數(shù)為衡量依據(jù)，確定相關(guān)程度。具體結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

由表1可知，通過(guò)逐步回歸分析得出，土壤Rn濃度的影響因素為氣溫、氣壓，且氣氡與氣溫成正相關(guān)變化關(guān)系、與氣壓成負(fù)相關(guān)變化關(guān)系。但蚌埠臺(tái)土壤氣氡的主要影響因素為氣溫。

3.2 氣溫氣壓短期相關(guān)性分析

計(jì)算氣氡濃度的整點(diǎn)值與之前24個(gè)不同整點(diǎn)的氣溫、氣壓整點(diǎn)值做相關(guān)性分析，得到土壤Rn與氣溫、氣壓逐時(shí)相關(guān)分析圖，通過(guò)圖8可以看出，從短時(shí)間上來(lái)看，氣溫的逐時(shí)影響明顯強(qiáng)于氣壓。

4? 土壤氣CO2特征分析

溫度、氣壓對(duì)蚌埠臺(tái)土壤氣CO2的影響分析如下。

對(duì)氣溫、氣壓數(shù)據(jù)與土壤氣CO2含量觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到：氣溫與CO2濃度變化基本呈正相關(guān)的關(guān)系，且相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.82。氣壓與CO2濃度變化有較好的相關(guān)性，具體表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，即氣壓低CO2含量高，氣壓高CO2低。

5? 分析與討論

該文通過(guò)對(duì)蚌埠地震臺(tái)土壤氣Rn和CO2濃度及氣溫、濕度、氣壓等氣象因素分析，得到如下結(jié)論。

（1）蚌埠臺(tái)土壤氣Rn和CO2的濃度變化范圍分別為（0.1～21.5）kBq/m3，（1.0～16.4）ng/m3。

（2）蚌埠臺(tái)Rn和CO2的濃度曲線在形態(tài)上強(qiáng)相關(guān)，可能是Rn和CO2在氣體的來(lái)源深度和運(yùn)移機(jī)制上有一定聯(lián)系，這也進(jìn)一步證實(shí)CO2對(duì)氡氣具有載氣作用。通過(guò)對(duì)蚌埠地震臺(tái)土壤氣氡數(shù)據(jù)的振幅譜進(jìn)行分析，蚌埠臺(tái)土壤氡濃度的變化具有一定的潮汐特征。

（3）蚌埠地震臺(tái)土壤氡濃度多呈明顯的單峰型日變化特征，最大值出現(xiàn)在14時(shí)左右。

（4）用逐步回歸方法對(duì)土壤氣氡濃度、CO2濃度與氣溫、氣壓、濕度的相關(guān)性進(jìn)行分析，認(rèn)為蚌埠臺(tái)土壤氡主要是受到氣溫的影響，土壤氡濃度與氣溫成正相關(guān)，與氣壓成負(fù)相關(guān)，且氣溫對(duì)氣氡濃度的影響明顯高于氣壓和濕度;土壤氣CO2濃度變化與溫度呈正相關(guān)，與氣壓呈負(fù)相關(guān)。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹玲玲，高安泰.氣溫氣壓與斷層氣氡濃度短期變化的相關(guān)性分析[J].地震學(xué)報(bào)，2014，36（4）：719-729.

[2] 黃春玲，范雪芳，劉國(guó)俊，等.山西夏縣中心地震臺(tái)斷層土壤氣觀測(cè)分析與研究[J].山西地震，2011（4）：5-8.

[3] 王博，黃輔瓊，簡(jiǎn)春林.嘉峪關(guān)斷層帶土壤氣氡的影響因素及映震效能分析[J].中國(guó)地震，2010，26（4）：407-417.

[4] 龔永儉，程立康，李越，等.斷層土壤氣CO2含量快速測(cè)定法關(guān)鍵問(wèn)題探討[J].華北地震科學(xué)，2014，32（1）：47-52.

[5] 申超，陳凌，肖德濤，等.不同土壤氡分布的數(shù)值模擬[J].原子能科學(xué)技術(shù)，2012，46（3）：370-374.

[6] 王喜龍，李營(yíng)，杜建國(guó)，等.首都圈地區(qū)土壤氣Rn，Hg，CO2地球化學(xué)特征及其成因[J].地震學(xué)報(bào)，2017，39（1）：85-101，155.

[7] 李源，謝恒義，夏修軍，等.馬山口臺(tái)高精度氫氣影響因素研究[J].國(guó)際地震動(dòng)態(tài)，2018（4）：58-66.