复审稿件山西夏县痕量氢气背景值突变分析讲解.doc

对山西夏县痕量氢气背景值突变的分析与认识 黄春玲1）2） 范雪芳2）3）张文男1）2） 1)中国运城044000夏县中心地震台 2)中国山西030025太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站 3）中国山西030025山西省地震局 摘要：应用ATG6118H痕量氢分析仪在山西夏县台开展了试验测试，记录到比较翔实的观测数据。根据观测数据结果分析，地震前观测到断层氢气的异常特征是高值突跳，异常幅度大、时间短。本文对2012年3月至11月痕量氢观测的背景值变化进行了重点分析,对观测资料的进一步使用奠定了基础,为新型仪器观测提供一些事实依据。 关键词：痕量氢观测;背景值;变化;分析 0引言 我国气体地球化学方法在地震科学中的应用研究已经广泛开展，是一项有广阔前景的地震观测方法。地下Rn、Hg、H2、He等活跃组份对地震前兆映震效能已被国内外许多震例所证实，探索用氢气预报地震是国内外地震地球化学研究的热点之一。在国际上，日本曾报道过位于中央构造线上的汤屋矿泉水(水温22℃)氢气浓度变化与附近大野震群的对应关系。我国地震工作者也对氢气异常与地震的关系进行了大量研究（张培仁等，1993；车用太等，1998；鱼金子等，1998；，认为氢气具有较强的映震灵敏性，特别在短临阶段的映震能力明显优于其他测项（范树全等，1993)。 断层土壤气地震监测工作开始于上世纪八十年代，当时观测方法采取的主要是在一些活动断裂带上布设测点，定时样分析，王基华、林元武等在断层上采用简便、可靠、经济易推广的快速测定管法分析CO2(Hydrogen)是目前已知的最轻的气体，在通常状况下，氢气是一种无色、无味的气体，它比空气轻。据测定，在标准状况下(温度为0℃ ，压强为101．325 kPa)，1L氢气的质量是0.089g。它难溶于水，也难液化。陈丰研究员根据高温低压实验结果，认为氢是地球深部流体的重要源泉，论述了在地核、地幔边界和地幔中有氢化物，他们受局部升温、减压或其它物理化学条件的变化，甚至被宇宙变化所触发，会使氢逸出。氢的密度最小，逸出后将迅速上升；氢的粘度极低，是很容易流动的流体；氢也是气体中比热最高的,它的导热率比空气大7倍，是容易携热上升、热损耗很小的物质。 1.2观测点概况 夏县台痕量氢气观测点海拔高程450m，取气孔设在中条山山前大断裂与NW向隐伏断裂交汇处的夏县地震台背后山洞硐口。山西南部的中条山断裂是鄂尔多斯断块周边活动断裂系东南部的一条断裂，并且是运城断陷盆地和中条山断块隆起的分界。中条山断裂出露于中条山山前的北麓和西麓，长137 km，走向NE—NEE，倾向NW，倾角58°～75°，属高角度正断层，断裂破碎带宽100余米，沿断裂带有温泉出露，为一局部地热异常区。经野外实测，断裂带上土壤气富集，远离断裂带两边则锐减，是一理想的断层气观测点(图1)。 痕量氢断层气孔选择在中条山大断裂与NW向隐伏断裂交汇处的夏县温泉区内，该处由于岩体破碎，孔隙和裂隙比较发育，易富集和贮存气体，是地下气体较易逸出的灵敏地段（范雪芳等，2009）。 1.3采样集气装置 痕量氢气观测孔深8 m，采样集气装置剖面如图1，下面埋有1.2m深花管，有砂砾石回填。根据氢气的特点，具有极强的渗透性和迁移性，容易垂直向上扩散，孔底安装有集气装置，采样量是300mL／minx10s =0.05L，仪器每间隔20min采集一次样品，砾石层中的气体会很快通过扩散使气体达到新的平衡，因此测定的结果可以反映砾石层中断层气的真实情况。 （a） （b） 图1夏县台地质构造及痕量氢气采样观测剖面 （a）夏县台地质构造及热水井平面图 (b)痕量氢气采样集气剖面图 2痕量氢观测数据背景值突变分析 自2010年2月痕量氢断层气正式观测以来，观测结果显示，三年多来仪器运行正常，无任何故障发生。痕量氢气及其辅助观测气温、气压测项观测数据较连续，观测曲线较同步。通过分析数据显示，该测项与气温呈正相关变化关系、与气压呈负相关的变化关系，受降雨的影响不明显；对潮汐的反应较灵敏；通过对2010-2011年本区3级以上及周边4级以上地震发生样本统计与痕量氢曲线变化形态进行对比，结果显示痕量氢与周边地震对应关系较好，2010-2011年度观测期间痕量氢有异常突变5个时段，结果发生地震3组（5次），对应地震发生率为83% (据黄春玲等2012)。2012年3月-11月痕量氢浓度数据再次发生突升,且异常持续时间长达9个月，此次异常幅度较2010-2011年度变化小,2010-2011年度氢浓度最高变化52ppm/L，此次痕量氢浓度最高变化只有13ppm/L,但也较背景值高出近3-4倍，并且此次数据突变持续周期较长, 因该测项有前期对应地震的较好形态，