高文晶　李寧　康健　朱宏

【摘 要】近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在地震監(jiān)測(cè)研究上取得了很大的進(jìn)展，其中普遍認(rèn)為土壤氣CO2的釋放與斷裂活動(dòng)性具有較大相關(guān)性，CO2氣的測(cè)定可作為地震前兆的監(jiān)測(cè)分析手段之一，本文主要敘述了土壤氣CO2快速測(cè)定法在天津市靜海地震臺(tái)的觀測(cè)分析與研究。

【關(guān)鍵詞】CO2測(cè)定；快速測(cè)定法；地震監(jiān)測(cè)；前兆觀測(cè)

中圖分類號(hào)： P315.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：2095-2457（2018）08-0257-002

Study on Rapid Determination of CO2 in Soil Gas

—— Take Jinghai Seismic Station as an example

GAO Wen-jing LI Ning KANG Jian ZHU Hong

（Tianjin Seismological Bureau， Tianjin 300000，China）

【Abstract】In recent years， domestic and foreign scholars have made great progress in earthquake monitoring research. Among them， it is generally believed that the release of CO2 in soil gas is closely related to the fracture activity. The determination of CO2 gas can be used as a precursor to the monitoring of earthquakes. One of the means， this article mainly describes the observation and analysis of the CO2 fast determination method of soil gas at the Jinghai Seismic Station in Tianjin.

【Key words】CO2determination； Rapid assay； Earthquake monitoring； Precursor observation

1 觀測(cè)點(diǎn)選擇

1.1 觀測(cè)站基本情況

天津市靜海地震臺(tái)始建于1975年，隸屬于天津市地震局，占地面積68畝。地理坐標(biāo)為λ116°51′28″、φ38°56′30″，位于天津市靜海區(qū)梁頭鎮(zhèn)李莊子村，距天津市區(qū)約40km。

地質(zhì)構(gòu)造位于“華北地臺(tái)”、“河北凹陷區(qū)”的“滄縣隆起”上，距 “天津南斷裂” 約1.5公里，該斷裂北自天津楊柳青西，南至大城區(qū)東，長(zhǎng)約90公里，走向?yàn)楸睎|，傾向南東，為里坦凹陷與大城低凸起的分界，斷距為70-350米，斷點(diǎn)埋深為250-900米。新生界地層厚度約1000m，層位為上第三系的“明化鎮(zhèn)組”及第四系。下伏地層為第三紀(jì)砂巖。

1.2 氣候、水文、土壤環(huán)境

靜海地震臺(tái)隸屬于天津市靜海區(qū)，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，冬、夏季長(zhǎng)，春、秋季短。春季風(fēng)多干燥，降雨較少；夏季雨多潮濕，氣候悶熱；秋季氣候涼爽，溫差較大，冬季空氣干燥，風(fēng)大雪少。靜海區(qū)土壤均屬潮土類，地下水埋深一般1.5～2.5m，土壤分布隨成土因素變化表現(xiàn)出一定的地域差異規(guī)律。

2 觀測(cè)裝置布置

2.1 裝置的口徑和深度

土壤氣CO2觀測(cè)孔位于靜海地震臺(tái)院內(nèi)，由于淺地表（0.5m以內(nèi)）范圍內(nèi)有機(jī)質(zhì)豐富，溫度、濕度非常適宜生物化學(xué)作用，會(huì)產(chǎn)生大量CO2氣體，所以測(cè)定孔深度應(yīng)選擇0.5m以上。靜海地區(qū)地下水深埋一般為1.5～2.5m，測(cè)定孔深度應(yīng)選擇1.5m以內(nèi)，選擇測(cè)孔深選擇距離地面為1.0m，設(shè)定孔徑為10cm。

2.2 測(cè)定管位置選擇

土壤氣CO2的含量測(cè)定與測(cè)定管的位置密切相關(guān)，測(cè)定管越接近測(cè)定孔底部觀測(cè)到的測(cè)定值越高，同時(shí)，如果測(cè)定管位置放置過(guò)低又會(huì)容易出現(xiàn)觸底現(xiàn)象，即由于距離過(guò)近，觀測(cè)管進(jìn)氣口出現(xiàn)被泥土堵塞情況。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)和反復(fù)的數(shù)據(jù)分析，將測(cè)定管放置在距離測(cè)定孔底部5～10cm處可保證測(cè)定數(shù)據(jù)較少的受到氣流影響。此外，天津地區(qū)的降雨量一般為10～20cm，將PVC套管防護(hù)高出地平20cm，孔口使用PVC管帽做封閉以防止地表水進(jìn)入測(cè)孔。

2.3 溫度觀測(cè)

溫度觀測(cè)采用普通溫度計(jì)（十分之一標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)）與測(cè)管同深度觀測(cè)（觀測(cè)深度1m）。

3 土壤氣CO2觀測(cè)

3.1 溫度對(duì)觀測(cè)的影響

將靜海地震臺(tái)土壤氣CO2濃度與觀測(cè)溫度的測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，觀測(cè)點(diǎn)土壤氣CO2濃度數(shù)據(jù)表現(xiàn)出夏天高、冬天及初春低的現(xiàn)象，二者呈現(xiàn)出趨勢(shì)正相關(guān)的關(guān)系，測(cè)定口的溫度越高，觀測(cè)到的土壤氣CO2濃度也越高。

3.2 氣壓對(duì)觀測(cè)的影響

將靜海地震臺(tái)土壤氣CO2濃度與大氣氣壓的測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，觀測(cè)點(diǎn)土壤氣CO2濃度數(shù)據(jù)表現(xiàn)出夏天低、冬天及初春較高的現(xiàn)象，二者呈現(xiàn)出趨勢(shì)負(fù)相關(guān)關(guān)系，測(cè)定口的氣壓越低，觀測(cè)到的土壤氣CO2濃度越高。

3.3 降雨量對(duì)觀測(cè)的影響

將靜海地震臺(tái)土壤氣CO2濃度與降雨量的測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，土壤氣CO2濃度數(shù)據(jù)與降雨量表現(xiàn)出相反的關(guān)系，降雨量越高，觀測(cè)到的土壤氣CO2濃度越低，這主要是由于CO2可溶于水，降雨導(dǎo)致土壤中水分增加，使觀測(cè)孔的CO2溶解度上升，觀測(cè)口的CO2氣體濃度減少。年度氣溫—?dú)鈮骸涤炅壳€對(duì)比如圖3。

4 結(jié)論與展望

通過(guò)對(duì)靜海地震臺(tái)土壤氣CO2及溫度、氣壓、降雨量等測(cè)定數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，土壤氣CO2的觀測(cè)裝置設(shè)定需結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)特征以及氣象特征，方可獲得穩(wěn)定可靠的觀測(cè)數(shù)據(jù)，裝置布置過(guò)程應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐叵滤蛔兓?。土壤氣CO2的含量變化與溫度、氣壓及降雨量密切相關(guān)，在測(cè)定過(guò)程中需要將其作為輔助數(shù)據(jù)一并予以監(jiān)測(cè)。

使用CO2測(cè)管讀取CO2濃度值時(shí)，打開管口的大小直接影響監(jiān)測(cè)數(shù)值，再者CO2管的刻度間隔較大，讀取數(shù)值為估讀值，故不同觀測(cè)人員讀取的數(shù)值存在一些差異，建議以更加精確敏感的電子設(shè)備代替簡(jiǎn)易的CO2管，從而獲得更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

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