黃春玲，王洪峰，李　民，林木金

(1.山西省地震局夏縣中心地震臺(tái)，山西　夏縣　044400；2.福建省東山地震臺(tái)，福建　東山　363400；

3.太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，山西　太原　030025)

斷層氣觀測(cè)在夏縣中心地震臺(tái)的應(yīng)用研究

黃春玲1，3，王洪峰1，3，李民1，3，林木金2

(1.山西省地震局夏縣中心地震臺(tái)，山西夏縣044400；2.福建省東山地震臺(tái)，福建東山363400；

3.太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，山西太原030025)

摘要：文章簡(jiǎn)要介紹夏縣中心地震臺(tái)斷層氣觀測(cè)的基本概況，從斷層觀測(cè)氣孔的設(shè)計(jì)、產(chǎn)出數(shù)據(jù)干擾的識(shí)別與分析、數(shù)據(jù)的映震效能三方面進(jìn)行詳細(xì)的研究。認(rèn)為，痕量氫新測(cè)孔先進(jìn)于舊測(cè)孔；痕量氫、氣氡兩測(cè)項(xiàng)產(chǎn)出數(shù)據(jù)的映震效能較好；斷層氣觀測(cè)在夏縣臺(tái)取得了較為實(shí)用的震例，且干擾較容易識(shí)別，這種觀測(cè)方法與技術(shù)應(yīng)繼續(xù)推廣。

關(guān)鍵詞：斷層氣觀測(cè)；干擾識(shí)別；映震效能

0引言

我國(guó)氣體地球化學(xué)方法在地震科學(xué)中的應(yīng)用研究已經(jīng)廣泛開(kāi)展，是一項(xiàng)具有廣闊前景的地震觀測(cè)方法?；顒?dòng)斷裂帶氣體地球化學(xué)特征的研究已引起各國(guó)學(xué)者的重視，因此，這一研究對(duì)于探索活動(dòng)斷層的運(yùn)動(dòng)和地震發(fā)生之間的相互關(guān)系有著十分重要的意義。地下Rn、Hg、H2、He等活躍組分對(duì)地震前兆映震效能已被國(guó)內(nèi)外許多震例所證實(shí)[1]。

山西省地震局“十五”項(xiàng)目實(shí)施組在夏縣中心地震臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱夏縣臺(tái))開(kāi)展了斷層氣氡、氣汞測(cè)量，自2008年1月1日起正式觀測(cè)運(yùn)行。痕量氫氣觀測(cè)項(xiàng)目始測(cè)于2010年1月24日山西河津4.8級(jí)地震之后，是中國(guó)地震局流體學(xué)科組在夏縣臺(tái)站負(fù)責(zé)實(shí)施的試驗(yàn)項(xiàng)目，臺(tái)站主要開(kāi)展對(duì)土壤氣中逸出氡氣、汞氣及氫氣的檢測(cè)。文章將展開(kāi)對(duì)斷層氣孔的設(shè)計(jì)實(shí)施及產(chǎn)出數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行詳細(xì)的分析與研究，為未來(lái)斷層氣觀測(cè)在夏縣臺(tái)能夠更好地開(kāi)展及推廣斷層氣的布點(diǎn)建設(shè)，發(fā)揮斷層氣觀測(cè)在捕捉地震前兆異常方面做基礎(chǔ)性的研究與探討。

1夏縣臺(tái)斷層氣觀測(cè)基本概況

1.1　夏縣臺(tái)地質(zhì)概況簡(jiǎn)介

夏縣臺(tái)地處山西南部的運(yùn)城盆地中條山山前斷裂的北麓，中條山山前斷裂為控制本區(qū)的主斷裂。斷層氣觀測(cè)點(diǎn)海拔高程450 m，取氣孔設(shè)在中條山山前大斷裂與NW向隱伏斷裂交匯處的夏縣臺(tái)背后山洞硐口。中條山斷裂是鄂爾多斯斷塊周邊活動(dòng)斷裂系東南部的一條斷裂，并且是運(yùn)城斷陷盆地和中條山斷塊隆起的分界。中條山斷裂出露于中條山山前的北麓和西麓，長(zhǎng)137 km，走向NE—NEE，傾向NW，傾角58°～75°，屬高角度正斷層，斷裂破碎帶寬100余米，沿?cái)嗔褞в袦厝雎叮瑸橐痪植康責(zé)岙惓^(qū)。經(jīng)野外實(shí)測(cè)，斷裂帶上土壤氣富集，遠(yuǎn)離斷裂帶兩邊則銳減，是一理想的斷層氣觀測(cè)點(diǎn)[2](見(jiàn)第25頁(yè)圖1a)。

1.2　斷層氣觀測(cè)測(cè)孔概況

夏縣臺(tái)斷層氣氡、斷層氣汞、痕量氫觀測(cè)孔均建在臺(tái)站測(cè)震院內(nèi)的山硐口，測(cè)孔由人工開(kāi)挖槽，已鑿至破碎帶上。氣氡、氣汞測(cè)孔開(kāi)挖于2006年，痕量氫測(cè)孔開(kāi)挖于2010年。3測(cè)孔直線距離分別為4 m、3 m、5 m，且3測(cè)孔均處于同一觀測(cè)室內(nèi)，呈直角三角形分布(見(jiàn)第25頁(yè)圖1b)。氣氡與氣汞測(cè)孔開(kāi)挖深度及集氣裝置一致，痕量氫測(cè)孔屬近年開(kāi)挖，開(kāi)挖深度、集氣裝置有別于氣氡、氣汞孔。

斷層氣氡、氣汞測(cè)孔開(kāi)挖深度8.6 m、Φ800 mm，底部使用磚塊砌成漏斗狀收集氣體，導(dǎo)氣管采用PVC變徑連接。開(kāi)挖槽內(nèi)放置2根集氣管，在管子2.5 m以下打有若干集氣小孔，用于觀測(cè)不同的氣體組分。取氣裝置中，取氣口1導(dǎo)氣管由一根長(zhǎng)8.0 m、Φ160 mm與長(zhǎng)1.5 m、Φ40 mm的PVC管子連接；取氣口2由一根長(zhǎng)7.0 m、Φ40 mm與長(zhǎng)2.5 m、Φ160 mm的PVC管子連接，集氣孔總長(zhǎng)度為2.5 m。為保障盡可能多的氣體進(jìn)入集氣管，回填土前，孔底以上兩米處全部使用干磚砌成，后用原土壓實(shí)回填至孔口，并可集得7.0 m以下深處的氣體(見(jiàn)第25頁(yè)圖2a)。

痕量氫觀測(cè)孔開(kāi)挖深度7.6 m、Φ800 mm，已鉆至破碎帶上，底部加有塑料儲(chǔ)氣罐收集土壤逸出氫氣，集氣量80 L，導(dǎo)氣管采用PVC變徑連接，采樣口用Φ3 mm的聚四氯乙管連接儀器進(jìn)氣口。開(kāi)挖中，槽內(nèi)只放置1根集氣管子，導(dǎo)氣管由長(zhǎng)5.8 m、Φ50 mm與長(zhǎng)1.8 m、Φ110 mm的PVC管子連接，其中花管長(zhǎng)度1.6 m，測(cè)孔底部埋有1.2 m厚的礫石層，集氣桶與黏土之間采用兩層塑料薄膜隔離層，避免淺部土層的干擾(見(jiàn)圖2b)。

圖1　夏縣臺(tái)斷層氣觀測(cè)基本概況圖Fig.1　Basic situation of fault gas observation at Xiaxian Staion

圖2　夏縣臺(tái)斷層氣觀測(cè)孔剖面圖Fig.2　Profile of observation hole of fault gas at Xiaxian Staion

1.3　斷層氣觀測(cè)儀器簡(jiǎn)介

氣氡、氣汞觀測(cè)儀器分別采用中國(guó)地震局陸洋科技開(kāi)發(fā)公司研制的SD-3A型自動(dòng)測(cè)氡儀及RG-BQZ型智能數(shù)字測(cè)汞儀，采樣間隔均為整點(diǎn)值，氣氡工作方式采用方式2抽氣狀態(tài)，抽氣量為0.37 L，氣汞抽氣量為1 L。痕量氫觀測(cè)采用杭州超距科技有限公司生產(chǎn)的“ATG6118H痕量氫在線自動(dòng)分析儀”，采樣間隔為20分鐘值，儀器檢出限為0.1 ppm，其中儀器設(shè)定每20 min測(cè)定1次，觀測(cè)時(shí)抽氣時(shí)間為10 s，抽氣流量為0.3 (L/min)，抽氣總氣量需0.05 L，儀器每次測(cè)定實(shí)際使用氣體為1×10-3L。三測(cè)項(xiàng)儀器均可以通過(guò)RJ45接口實(shí)現(xiàn)與微機(jī)雙向通信并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸、遠(yuǎn)程瀏覽網(wǎng)頁(yè)、遠(yuǎn)程調(diào)取數(shù)據(jù)及瀏覽觀測(cè)曲線等功能，儀器操作、標(biāo)定、維護(hù)較為簡(jiǎn)便。三類測(cè)項(xiàng)儀器在夏縣臺(tái)運(yùn)行期間，儀器運(yùn)行率及產(chǎn)出數(shù)據(jù)完整率均合乎規(guī)范要求，年完整率均達(dá)到98%以上。

2斷層氣觀測(cè)的應(yīng)用研究

通過(guò)對(duì)氣氡、氣汞及痕量氫觀測(cè)以來(lái)產(chǎn)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析與研究，查詢相關(guān)工作日志，總結(jié)出導(dǎo)致數(shù)據(jù)突變的干擾類型特征；結(jié)合本區(qū)及周邊地震發(fā)生情況，做映震相關(guān)性分析與對(duì)比，確定可能的映震特征。

2.1　兩類觀測(cè)孔對(duì)痕量氫觀測(cè)數(shù)據(jù)的影響分析

兩類觀測(cè)孔在實(shí)際開(kāi)挖過(guò)程中存在以下3點(diǎn)不同之處：(1) 測(cè)孔底部回填物不同。氣氡(汞)孔底部回填物為砂、碎石，而痕量氫測(cè)孔為礫石層，這樣更有利于氣路的適時(shí)流通；(2) 集氣裝置布設(shè)不同。氣氡(汞)孔集氣采用底部用方磚砌成梯形狀收集氣體，痕量氫集氣采用大容量的塑料儲(chǔ)氣罐倒置于孔內(nèi)，并且采用塑料薄膜隔離，保證氣源的充足供給，避免淺部土層可能的干擾源；(3) 集氣管子不同。痕量氫采用1根管子集氣，同時(shí)采樣口用Φ3 mm的聚四氯乙管連接儀器進(jìn)氣口，保證氣源的集中收集與連接儀器的無(wú)縫隙。在兩類測(cè)孔放置痕量氫主、備儀器觀測(cè)，且主、備儀器經(jīng)過(guò)校正，測(cè)值差異不大，觀測(cè)結(jié)果顯示，兩測(cè)孔痕量氫變化趨勢(shì)同步，但二者背景數(shù)據(jù)差值較大，相差近10倍(見(jiàn)圖3)。因此，說(shuō)明由于測(cè)孔建設(shè)的不同，會(huì)導(dǎo)致斷層氫氣量值差別亦較大的問(wèn)題。

圖3　不同觀測(cè)孔測(cè)試痕量氫對(duì)比曲線圖Fig.3　Contrast of trace hydrogen in different observation holes

2.2　斷層氣觀測(cè)干擾因素分析

對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)存在的異常圖像進(jìn)行干擾類型的劃分與研究發(fā)現(xiàn)，異常干擾圖像大多與正常動(dòng)態(tài)相差較明顯，較易判定與識(shí)別。存在較多的干擾有人為、觀測(cè)環(huán)境、氣象因素、觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行。

人為干擾出現(xiàn)在觀測(cè)人員每次對(duì)儀器檢查標(biāo)定后，因人為改變了儀器的工作狀態(tài)，導(dǎo)致短時(shí)間內(nèi)儀器狀態(tài)有一個(gè)恢復(fù)過(guò)程，會(huì)給測(cè)值帶來(lái)一定的影響。氣氡儀在正常季度檢查后，會(huì)有幾個(gè)小時(shí)的高值突跳變化；氣汞儀標(biāo)定后，不論更換K值與否，都會(huì)有1個(gè)月左右的背景值恢復(fù)過(guò)程(見(jiàn)第27頁(yè)圖4a)。

環(huán)境干擾表現(xiàn)為溫泉區(qū)熱水井抽水，會(huì)造成痕量氫背景值改變。如，2012年3月至11月，痕量氫發(fā)生了長(zhǎng)達(dá)9個(gè)月的背景值突變過(guò)程，通過(guò)排除儀器干擾、氣象干擾、地震的影響，調(diào)取周邊環(huán)境區(qū)抽水井的抽水量與抽水時(shí)間的規(guī)律，結(jié)合數(shù)據(jù)變化特征，確定干擾系周邊新開(kāi)采熱水井啟用所致(見(jiàn)第27頁(yè)圖4b)。

氣象干擾表現(xiàn)為：氣氡、痕量氫測(cè)項(xiàng)受氣溫的影響導(dǎo)致數(shù)據(jù)同向趨勢(shì)變化特征明顯。反應(yīng)在氣溫大幅度升降時(shí)段，二測(cè)項(xiàng)與氣溫同向變化，待氣溫恢復(fù)正常變化后，斷層氣數(shù)據(jù)亦恢復(fù)正常變化(見(jiàn)第27頁(yè)圖4c)。

雷電干擾表現(xiàn)為：雷雨時(shí)節(jié)，由于雷電入侵儀器電源，會(huì)造成儀器觀測(cè)系統(tǒng)干擾，影響數(shù)據(jù)曲線短時(shí)間內(nèi)呈密集狀高頻脈沖變化，雷電結(jié)束后的幾個(gè)小時(shí)，儀器恢復(fù)正常，數(shù)據(jù)恢復(fù)正常變化趨勢(shì)。氣汞儀觀測(cè)受此影響較明顯，一般雷電干擾屬季節(jié)性干擾，變化容易識(shí)別(見(jiàn)第27頁(yè)圖4d)。

2.3　斷層氣觀測(cè)映震效能分析

選取自斷層氣觀測(cè)以來(lái)，發(fā)生在本區(qū)的(運(yùn)城盆地100 km范圍內(nèi))ML≥3.5地震，省內(nèi)(包括周邊400 km范圍內(nèi))ML≥4.5地震為研究對(duì)象(見(jiàn)第27頁(yè)表1)，繪制各測(cè)項(xiàng)觀測(cè)曲線進(jìn)行映震分析。由表1可知，痕量氫反應(yīng)地震較靈敏，在觀測(cè)期間發(fā)生的7次地震中，因?yàn)殛兾鞲吡昱c山西河津地震發(fā)生時(shí)，該測(cè)項(xiàng)尚未啟動(dòng)觀測(cè)，即正式觀測(cè)期間發(fā)生的5次地震中，對(duì)應(yīng)了4次，其中1次無(wú)反應(yīng)，原因可能是調(diào)試儀器造成干擾；氣氡測(cè)項(xiàng)在7次地震中，有前兆異常的有3次，其余4次均未反應(yīng)；氣汞觀測(cè)以來(lái)，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，年變規(guī)律不好，觀測(cè)穩(wěn)定時(shí)段儀器測(cè)值低于檢出限，且更換儀器、標(biāo)定儀器后數(shù)據(jù)變化較大，因此，分析該資料的映震能力依據(jù)不充分，不做氣汞映震性討論。

研究中，根據(jù)痕量氫觀測(cè)背景值較低，動(dòng)態(tài)明顯，干擾較易識(shí)別，地震異常較明顯，采用原始曲線分析；氣氡年動(dòng)態(tài)較明顯，與氣溫呈明顯的正相關(guān)特征，采用氣氡與氣溫月均值曲線對(duì)比，結(jié)合小波變換方法，對(duì)比分析地震異常。

圖4　斷層氣觀測(cè)干擾曲線異常類型Fig.4　Anomaly types of interference in fault gas observation

2.3.1痕量氫映震分析

2010年7月至2013年10月，痕量氫數(shù)據(jù)出現(xiàn)4次大幅度突升變化(見(jiàn)圖5a)，每次大幅升降變化在排除人為、環(huán)境及儀器的因素后，統(tǒng)計(jì)與周邊發(fā)生地震的關(guān)系，特別是河南周口2次地震前的異常重復(fù)性表現(xiàn)特征。因在4次地震前痕量氫異常特征較相似，僅列出較有影響的2010年10月24日發(fā)生在河南周口的5.0級(jí)地震做研究分析。

表1　斷層氣觀測(cè)映震效能表

2010年10月24日河南周口5.0級(jí)地震，震中距離夏縣臺(tái)340 km，該地震是河南省30年來(lái)最大的一次地震。夏縣臺(tái)痕量氫氣自8月23日以來(lái)，數(shù)據(jù)持續(xù)在背景值0.5 ppm/L附近波動(dòng)，10月16日17時(shí)起數(shù)據(jù)緩慢上升，18日突升臺(tái)階，變化幅度是背景值的8倍，19—21日在8倍背景值附近變化；22日00時(shí)起加速上升至10時(shí)的測(cè)值為13.6 ppm/L，至23日23時(shí)數(shù)據(jù)持續(xù)在14.0 ppm/L左右波動(dòng)；24日00時(shí)起數(shù)據(jù)大幅度上升變化，由14.0 ppm/L變化至13時(shí)的26 ppm/L，變化幅度超背景值的50多倍(見(jiàn)圖5b)，此后，數(shù)據(jù)小幅下降，24日16:58發(fā)生周口5.0級(jí)地震。分析本次地震前痕量氫變化特征，數(shù)據(jù)由緩升—平穩(wěn)—突升—平穩(wěn)—突升—下降—地震—慢慢恢復(fù)的變化過(guò)程，發(fā)震時(shí)間距離異常出現(xiàn)時(shí)間為8天，應(yīng)屬臨震異常。

圖5　斷層痕量氫觀測(cè)曲線圖Fig.5　Observed fault trace hydrogen

2.3.2氣氡映震分析

繪制斷層氣氡自2008觀測(cè)以來(lái)原始月均值、氣溫月均值曲線(見(jiàn)圖6a)。觀測(cè)曲線顯示，氣氡年動(dòng)態(tài)明顯，表現(xiàn)為夏高冬低，統(tǒng)計(jì)近5年來(lái)氣氡變化規(guī)律，月均值基本在9.2~19.4 Bq/L之間變化，且呈現(xiàn)逐年升高的變化態(tài)勢(shì)。氣氡最低值基本在每年的1月至2月出現(xiàn)，最高值在7月至8月。多年觀測(cè)資料表明，氣氡與氣溫呈正相關(guān)變化關(guān)系，與氣壓呈負(fù)相關(guān)變化關(guān)系[3]。采用mapsis軟件回歸計(jì)算得出，氣氡與氣溫月相關(guān)系數(shù)為0.94，與氣壓月相關(guān)系數(shù)為-0.76。

圖6a顯示，2008年至2012年，氣氡月均值共出現(xiàn)4次曲線畸變時(shí)段，分別為2009年9月、2010年12月、2011年4月及2012年6月，在每次突變時(shí)段，氣溫表現(xiàn)不明顯，即排除了由于氣溫影響導(dǎo)致的氣氡變化。經(jīng)過(guò)對(duì)比及小波分析認(rèn)為，2009年及2010年的氣氡畸變與發(fā)生在本區(qū)內(nèi)的地震關(guān)系較明顯，屬地震前兆異常的可能性較大。

2010年1月24日河津5.2級(jí)地震前，從氣氡原始月均值曲線圖可看出，在震前的3~4個(gè)月，氣氡數(shù)據(jù)呈反年變形態(tài)變化，表現(xiàn)為畸變特征。期間，儀器正常工作，周圍無(wú)環(huán)境影響，氣溫變化穩(wěn)定，氣壓無(wú)大的氣伏，認(rèn)為該變化屬河津地震前兆的可能性較大。震前異常數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式為月均值數(shù)據(jù)下降—轉(zhuǎn)折—恢復(fù)—發(fā)震。2010年12月14日聞喜3.8級(jí)及2011年1月15日河津4.1級(jí)地震的震前1個(gè)月，曲線發(fā)生畸變，也表現(xiàn)為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)折—恢復(fù)—發(fā)震。

圖6　斷層氣氡觀測(cè)曲線圖Fig.6　Observed fault gas radon

小波變換具有多分辨率分析的特點(diǎn)，在時(shí)頻兩域都具有表征信號(hào)局部特征的能力，是一種窗口大小固定不變，但形狀可改變，或時(shí)間窗和頻率窗都可以改變的時(shí)頻局部化分析方法。即在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低的時(shí)間分辨率，在高頻部分具有較高的時(shí)間分辨率和較低的頻率分辨率，被譽(yù)為分析信號(hào)的“顯微鏡”[4-5]。圖6b對(duì)氣氡整點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)做小波分析后，在2010年1月24日河津5.2級(jí)地震前3~4個(gè)月，即在細(xì)節(jié)6階，周期64~128小時(shí)，中低頻率上異常較明顯。2010年12月14日聞喜3.8級(jí)及2011年1月15日河津4.1級(jí)地震前的1個(gè)月開(kāi)始，在細(xì)節(jié)6階，中低頻率異常反映亦較為突出。

總結(jié)氣氡數(shù)據(jù)對(duì)本區(qū)3次地震的映震特征表明，分析數(shù)據(jù)時(shí)，首先做月均值曲線分析，研究其動(dòng)態(tài)是否正常，若有異常數(shù)據(jù)畸變與偏離，應(yīng)檢查儀器及外界干擾情況，進(jìn)行排除，并及時(shí)對(duì)異常曲線做動(dòng)態(tài)跟蹤，同時(shí)，做整點(diǎn)值小波分析，確定異常優(yōu)勢(shì)周期，即數(shù)據(jù)是否存在中低頻的異常形態(tài)，從而研究異常與地震的關(guān)系。

3斷層氣觀測(cè)機(jī)理討論

通常，地下巖體或松散層中都存有He、H2、Hg、Rn、CO2等氣體，含量一般較低，大多呈自由狀態(tài)存在于巖石和土層的孔隙中，或吸附在巖土的顆粒表面。外界條件不變時(shí)，這些氣體處于平衡狀態(tài)；當(dāng)環(huán)境條件改變時(shí)，特別是地下應(yīng)力狀態(tài)變化時(shí)，由于構(gòu)造應(yīng)力的作用，原來(lái)地殼巖石中隨機(jī)分布的微裂隙不斷發(fā)展，隨著數(shù)量、規(guī)模不斷增大，從而互相聯(lián)通，使這些氣體隨之變化。地震前區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)不斷加強(qiáng)，地下氣體從高壓區(qū)流向低壓區(qū)，假設(shè)斷層氣孔處在相對(duì)低壓區(qū)，隨著地殼間歇放氣，周圍的地下氣體在應(yīng)力場(chǎng)作用下，向斷層氣孔匯集，使得一些特征氣體含量增加，氣體組分便會(huì)出現(xiàn)不同幅度的異常。

4斷層氣觀測(cè)的力學(xué)基礎(chǔ)

斷層氣觀測(cè)能夠在地震研究中發(fā)揮作用，有充分的實(shí)踐依據(jù)和扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，中小型地震時(shí)，在震中幾十乃至上百公里距離的觀測(cè)井(孔)上很難觀測(cè)到巖石的破裂，也很難設(shè)想震源體微破裂產(chǎn)生的各種信息傳播到觀測(cè)井(孔)上來(lái)。因此，有理由推測(cè)這些地下氣體濃度的變化受控于流體動(dòng)力學(xué)機(jī)制，當(dāng)?shù)貧そ橘|(zhì)應(yīng)力狀態(tài)變化時(shí)，觀測(cè)層巖體的孔隙率發(fā)生微小變化(不是巖石的破裂，而是巖體內(nèi)裂隙的變形)，引起氣體成分重新運(yùn)動(dòng)和再分配、再富集的結(jié)果，導(dǎo)致井—含水層系統(tǒng)或液體—固體系統(tǒng)中氣體流量的微動(dòng)態(tài)變化[6]。

地震的孕育發(fā)生過(guò)程是地下巖體受力的破裂過(guò)程，在這些過(guò)程中，最為顯著的特點(diǎn)不外乎是應(yīng)力、應(yīng)變和裂隙的演變，這就不可避免地使充滿于巖體中的液體壓力和通道發(fā)生變化，造成地下流體遷移運(yùn)動(dòng)和物理、化學(xué)的變異現(xiàn)象。氣體比液體遷移速度更快，穿透能力更強(qiáng)，因此對(duì)地震反映更明顯。唐山地震前后，八寶山斷層附近氣體噴發(fā)、水位變動(dòng)與斷層蠕動(dòng)對(duì)比圖中，三者變化明顯同步，但氣體反映更明顯、更快捷[7]。

5結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)夏縣臺(tái)斷層氣觀測(cè)測(cè)孔設(shè)計(jì)實(shí)施、儀器運(yùn)行及產(chǎn)出數(shù)據(jù)的應(yīng)用分析，得出以下結(jié)論。

(1) 夏縣臺(tái)目前存在的兩類斷層氣孔設(shè)計(jì)實(shí)施中，日常監(jiān)測(cè)結(jié)果都比較理想，表現(xiàn)為觀測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)、完整，符合地震前兆觀測(cè)的相關(guān)要求。但兩類測(cè)孔在設(shè)計(jì)實(shí)施中存在觀測(cè)測(cè)孔底部回填物、測(cè)孔內(nèi)置集氣裝置、測(cè)孔集氣管道的不同。因此，從理論上講，痕量氫測(cè)孔優(yōu)于氣氡、氣汞觀測(cè)孔。通過(guò)與使用痕量氫備用儀器觀測(cè)的對(duì)比，新測(cè)孔氫氣濃度大10倍于舊測(cè)孔，證明新測(cè)孔先進(jìn)于舊測(cè)孔，適合推廣觀測(cè)。

(2) 對(duì)痕量氫、氣氡及氣汞產(chǎn)出數(shù)據(jù)的干擾異常曲線分析表明，存在較多的干擾類型有人為、觀測(cè)環(huán)境、氣象因素及觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行干擾。分析結(jié)果表明，不同干擾的曲線類型容易識(shí)別，特征明顯，影響周期較為固定，不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)的日常分析造成影響。

(3) 痕量氫、氣氡兩測(cè)項(xiàng)產(chǎn)出數(shù)據(jù)的映震效能表明：痕量氫觀測(cè)對(duì)外圍及本區(qū)映震性較好，且異常具有重復(fù)性，地震異常特征明顯，表現(xiàn)在震前為短臨異常，且異常幅度大，震后恢復(fù)背景值較快的特點(diǎn)；氣氡對(duì)本區(qū)映震性較好，異常特征為年動(dòng)態(tài)曲線發(fā)生畸變明顯。小波分析顯示，地震前兆異常大多出現(xiàn)在小波細(xì)節(jié)6階，周期64~128小時(shí)，即中低頻率上異常特征較明顯。

(4) 斷層氣觀測(cè)在夏縣臺(tái)取得了較為實(shí)用的震例，且干擾較容易識(shí)別，這種觀測(cè)方法與技術(shù)應(yīng)繼續(xù)推廣，建議在有條件的地方(有斷層即可)應(yīng)加大斷層氣的布網(wǎng)觀測(cè)，發(fā)揮斷層氣觀測(cè)在地震監(jiān)測(cè)中的作用。由于資料有限，對(duì)斷層氫、斷層氡及汞特征、機(jī)理的研究有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

中國(guó)地震局地質(zhì)研究所楊竹轉(zhuǎn)博士在本文的完成過(guò)程中給予了悉心指導(dǎo)，在此深表感謝！

參考文獻(xiàn)：

[1]國(guó)家地震局科技監(jiān)測(cè)司.地震地下水手冊(cè)[M].北京：地震出版社，1995：150-165.

[2]范雪芳，張文男，楊海祥，等.夏縣療1井逸出He異常探討[J].東北地震研究，2006,22(3)：52-58.

[3]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.

[4]李世雄.小波變換及其應(yīng)用[J].高等數(shù)學(xué)研究，2002，5(1)：43-45.

[5]李建平.小波分析與信號(hào)處理一理論、應(yīng)用及軟件實(shí)現(xiàn)[M].重慶：重慶出版社，1997.

[6]車用太，魚金子，劉五洲.地殼放氣動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與張北一尚義Ms6.2級(jí)地震預(yù)報(bào)[J].地質(zhì)評(píng)論，1999，45(1)：63-65.

[7]汪成民，李宣湖，魏柏林.斷層氣測(cè)量在地震科學(xué)中的應(yīng)用[N].北京：地震出版社，1991.

Application Research of Fault Gas Observation in Xiaxian Central Seismological Station

HUANG Chun-ling1,3, WANG Hong-feng1,3, LI Min1,3, LIN Mu-jin2

(1.Xiaxian Central Seismological Station of Earthquake Administration of Shanxi Province, Xiaxian, Shanxi 044400, China;2.Dongshan Seismological Station of Fujian Province, Dongshan, Fujian 363400;3.State Key Observatory of Shanxi Rift System, Taiyuan, Shanxi 030025)

Abstract:Basic situation of fault gas observation in Xiaxian Central Seismological Station is briefly introduced. The design of fault observation hole, identification and analysis of interference on output data, earthquake reflecting efficiency of data are studied in detail. Trace hydrogen Results show that trace hydrogen and gas radon data from the new hole is better than the old one on earthquake reflecting efficiency. Fault gas observation in Xiaxian Station has had some applications in earthquake predictions and its interference is easy to identify. This observation method and technology should be promoted further.

Key words:Fault gas observation; Interference identification; Earthquake reflecting efficiency

作者簡(jiǎn)介：第一黃春玲(1973—)，女，山西省臨汾人。2008年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，高級(jí)工程師。

基金項(xiàng)目：中國(guó)地震局地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目(XH12006)

收稿日期：2014-11-10

中圖分類號(hào)：P315.72+4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-6265(2015)02-0024-06