肖 健，黄仁桂，姚玉霞，应骁睿，赵 影，刘耀炜

BG2015闪烁室测氡仪器应用于地震气氡测试运行实验

肖 健1，黄仁桂1，姚玉霞2，应骁睿3，赵 影1，刘耀炜4

（1．九江地震台，江西 九江 332006；2．平凉中心地震台，甘肃 平凉 744000; 3．云南省地震局监测中心，云南 昆明 650000；4．中国地震局地壳应力研究所，北京 100085）

对BG2015闪烁室测氡仪器在江西九江地震台2号井、甘肃平凉地震台安国井和云南省开远地震局滇18井不同井水条件进行实验，针对不同井条件下气氡测值的稳定性、连续性和可靠性进行比较分析，得到BG2015闪烁室测氡仪器应用于地震行业的可行性。

BG2015闪烁室测氡仪；氡测值；对比分析；可行性

0 引言

作为目前地震观测的四大学科之一——地震地下流体学科在全国震情监视跟踪工作中起着重要的作用。1944年日本西南海岸的8.3级地震和1966年塔什干的5.3级地震，震前观察到氡的突变，引发科学家开展氡与地震之间关系的研究。此后，在日本、苏联、美国、欧洲、中国等许多国家和地区便开展了氡观测与地震预测以及构造活动关系的研究[1-5]。长期的观测研究表明，氡等流体地球化学组分确实存在显著的震前与震后异常变化[6-14]，发现“震级大、异常时间长、异常幅度大、反映距离远” 的概念[6]、震前氡含量出现上升趋势和临震突跳的现象[13-15]。然而气氡数字化观测仪器，最早一批是九五期间技术改造的，仪器运行已经数年；十五期间上线运行的数字化仪器运行也已近十年。整个数字化气氡观测台网面临仪器老化、故障频发、维修滞后的困境，亟待对这些仪器进行优化改造。面对严峻的震情形势，地下流体学科迫切需要推进新观测仪器和新观测技术等研究工作，氡观测数据的可靠性和准确性是监测预报工作的基础，对氡观测仪器整体性能技术要求较高。

本文依托中国地震局新型国产气氡观测仪器稳定性与适应性评价研究项目，引进江西省贝谷公司研制的BG2015仪器，在多地不同井条件部署仪器进行气氡观测实验，对该仪器应用在地震行业气氡观测的可行性进行判断。

1 运行台站介绍

1.1 九江台2井简介

九江台位于江西省九江市庐山区前进东路，测试井为自流井，井深71.0m，流量3×107～4×107Kg/d，水温18℃左右，无明显干扰源，属于氡观测理想场地[16]，下图1为九江地震台新流体井地层结构柱状结构图，井水为裂隙水，同井有气氡观测和气汞观测，为参与国家评比测项，不参与实验。气氡观测实验使用脱气装置为新疆局许秋龙主任研制的XⅢ脱气装置[17]和九江地震台自主研制的电动鼓泡脱气集气装置[18]。BG2015闪烁室测氡仪自2015年6月投入观测以来，一直进行连续观测。

1.2 平凉台安国井简介

平凉安国井位于崆峒区安国乡颉河村，测试井为自流井，井深301.07m，流量常年稳定在0.026～0.030L/s，水温25℃左右，氡含量背景值在35.0Bq/L，无明显干扰源，属于氡观测理想场地，如下表1和表2所示。脱气装置为新疆局许秋龙最新研制的XⅢ脱气装置[17]。BG2015闪烁室测氡仪自2015年11月11日投入观测以来，已经连续观测多月。

图1 九江地震台新流体井地层结构柱状结构图Fig.1 Stratigraphic column structure in the new fluid well of Jiujiang Seismic Station

表1 安国井基本情况

表2 安国井基本情况表

1.3 开远市地震局滇18井简介

开远市地震局滇18井为开远市地震局的观测井，该观测井不是自流井，且空水位在8m左右，井深224m，温度范围25～27℃，套管169.5m，深灰黑色灰岩，偶见石英中充填其中，中至厚层状结构致密，如图2所示。BG2015闪烁室测氡仪于2015年11月10日完成安装，仪器的进气口接一根导气管至井下距离水面1m，且在井下装有一个简易的集气罩，如图3为开远市地震局滇18井井口图。

图2 开远地热观测井孔情况Fig.2 The situation in geothermal observation well of Kaiyuan

图3 开远市地震局滇18井井口图Fig.3 The wellhead picture of Dian 18 in Earthquake Administration of Kaiyuan

2 BG2015闪烁室测氡仪

2.1 BG2015闪烁室测氡仪简介

BG2015闪烁室测氡仪是贝谷科技股份有限公司生产研制的，公司自2005年开始与东华理工大学进行系列核辐射检测仪器的产业化合作，由学校委派科技人员进行产品合作研发，公司投入产业化资金，共同完成核辐射检测类仪器的规模化生产和销售。该仪器采用可更换型闪烁室采样器，可对空气（或土壤）氡进行快速采样和测量。在采样筒受到氡子体污染时，可现场更换采样器，无需长时间等待，图4为BG2015闪烁室测氡仪图。

图4 BG2015闪烁室测氡仪Fig.4 The BG2015 scintillation chamber of radon measurement instrument

2.2 仪器工作原理

氡进入闪烁室后，氡及其子体衰变发出的α粒子使闪烁室采样器壁上的ZnS产生微弱的闪光，仪器内部的光电倍增管收集到闪光，并把这种光信号变成电脉冲，经过电子学线路把电脉冲放大，最后被处理器记录下来。根据单位时间内的脉冲数（脉冲计数率）与氡浓度成正比的理论，可以换算出被测空气（或土壤）中的氡浓度。BG2015闪烁室测氡仪技术规范和特点如表3所示。

3 实验结果

3.1 九江台实验结果

3.1.1 BG2015测氡仪运行情况分析

表3 BG2015闪烁室测氡仪技术规范和特点

图5为BG2015闪烁室测氡仪2015年9月28日—2016年3月28日在九江地震台运行曲线图。从观测曲线可以看出，数据有几次大的变化，以下分别进行描述：

（1）2015年10月18日14时21分，调节水流量，流量变小，导致测值从260.03Bq/L下降到170.40Bq/L，2015年10月23日 15时20分将流量再次调小，测值153.5Bq/L，到平稳测量；2016年2月23日 08时10分将水流量再次调小，测值达到124.08 Bq/L，并趋于稳定。

（2）2015年10月31日16时20分由于气温骤降，水汽凝结，脱气装置气路堵塞，测值偏低，2015年11月1日11时10分进行处理，氡值迅速恢复；2015年11月21日8时30分又出现冷凝现象，数据下降，2015年11月23日11时40分对其进行了疏通清理后，测值回升[19]。目前正在先用物理方法冷凝水蒸气，再使用Ca2CO3干燥剂进行化学吸收水蒸气进行实验。同时从图中可以看出氡浓度小幅突跳后趋于稳定，可能是由于水流量变化导致。

3.1.2 测氡仪对比实验

图6是BG2015闪烁室测氡仪与Alpha GUARDP2000[7]于2015年12月5日—2015年12月21日进行串联实验，从观测曲线可以看出，两台测氡仪器数据稳定，趋势一致。

图7为BG2015闪烁室测氡仪2015年6月7日—2016年6月15日进行串联实验曲线图。从观测曲线可以看出，数据有几次大的变化，从观测曲线可以看出，两台测氡仪器数据稳定，趋势一致，只是数值存在差异，可能是由于两仪器标定方式差异造成。

图5 BG2015闪烁室测氡仪整点观测曲线Fig.5 The integral point observation curve of the BG2015 scintillation chamber instrument for measuring radon

图6 BG2015闪烁室测氡仪、P2000串联实验观测曲线Fig.6 The experimental observation curve in the series of BG2015 scintillation chamber and P2000 radon measurement

图8 BG2015闪烁室测氡仪观测曲线Fig.8 The observation curve of BG2015 scintillation chamber instrument for measuring radon

3.2 平凉中心台实验结果

3.2.1 BG2015测氡仪运行情况分析

图8为BG2015闪烁室测氡仪2015年11月1日—2016年3月31日在平凉中心地震台运行曲线图。从观测曲线可以看出，数据有几次大的变化，下面分别进行描述。

图7 BG2015闪烁室测氡仪、SD-3A闪烁室测氡仪串联实验观测曲线Fig.7 The experimental observation curve in the series of BG2015 scintillation chamber and SD-3A scintillation chamber

（1） 2015年11月13日16时40分开关阀门后，流量变小，导致测值从33.03Bq/L下降到24.00Bq/L，2015年11月13日15时34分将流量再次调大，测值开始回升，到2015年11月21日19时23分，测值达到40.08Bq/L，基本稳定下来。

（2）2015年12月28日9时左右停电，测值随着电压的降低而减小，到2015年12月29日0时35分，电瓶电压耗尽而停测，符合前面“技术规范和特点”中内置锂电池可连续工作36小时（不使用泵）或18小时（使用泵）的指标。2015年12月30日15时52分重启仪器后开始工作，但测值一直偏低。

（3）2016年1月16日12时30分调大流量，测值恢复到40Bq/L，并将采样频率从10min改为60min。

（4） 2016年1月28日6时30分由于气温骤降，水汽凝结，脱气装置气路堵塞，测值偏低，2016年1月28日16时对其进行了疏通清理后，测值回升。

（5）2016年3月6日7时45分因停电测值再次出现下降，到2016年3月8日9时电瓶电压耗尽，造成3月8日9时至14时数据缺测，2016年3月8日15时32分重启仪器恢复观测，测值随电压缓慢升高，呈现缓慢回升的过程。

3.2.2 SD-3A测氡仪和BG2015测氡仪对比实验

图9是SD-3A测氡仪和BG2015测氡仪于2015年12月5日—2015年12月25日对比曲线图。SD-3A测氡仪架设在安国1号井（为台站流体测项参与国家评比），距离架设BG-2015测氡仪的安国2号井（为台站进行人工实验取水和数字化实验相关项目）直线距离80m，两井水源为同一来源。用2套仪器产出一整月数据进行比较，数据都趋于稳定，只是数值存在差异，可能是由于两台仪器标定方式差异造成。

3.3 开远市地震局滇18井实验结果

2015年9月3日，云南省地震监测中心在开远市地震局观测井安装贝谷科技股份有限公司生产的BG2015型闪烁室测氡仪一套。截至2016年2月10日，仪器观测数据连续正常，没有出现过硬件故障和软件故障。图10为开远市地震局BG2015闪烁室测氡仪部分时段的观测数据，由于该井是进行逸出氡观测，故测量值在背景值附近，气氡固体潮明显，有部分高值疑是前兆异常，有待进一步研究。

图9 SD-3A测氡仪与BG-2015测氡仪对比曲线图Fig.9 The contrast curve about SD-3A radon measuring instrument and BG-2015 radon measuring instrument

图10 开远市地震局BG2015闪烁室测氡仪观测曲线图Fig.10 The observation curve in BG2015 scintillation chamber instrument for measuring radon in Earthquake Administration of Kaiyuan

4 讨论与结论

从三个台站目前使用BG2015闪烁室测氡仪情况上看， BG2015闪烁室测氡仪运行情况而言，总体数据稳定、调节参数响应时间迅速和采样率较高，连续性和可靠性较好，适合地震行业台站气氡数字化观测要求。

使用过程中产生的问题：

（1）BG2015闪烁室测氡仪该版本仪器没有Web服务器，无法登陆网页来设置参数；

（2）仪器应该安装FTP软件，并设置登陆密码，便于使用FTP客户端登陆和管理；设置IP地址只能在仪器面板设置，且需要退出到WinCE的桌面再进入到网络管理界面来设置才会生效，给操作人员带来一些不便；

（3）BG2015闪烁室测氡仪电瓶电压问题，从平凉台使用该仪器的两次停电前后，测值变化较大，仪器无法实现自主进行交直流电。

经与贝谷公司沟通后，整改方案如下：

（1）目前贝谷公司BG2015-R型测氡仪在BG2015闪烁室测氡仪的基础上进行改进，同时结合地震系统的实际需求，改为机架式的结构；

（2）配置了经过特殊设计的可更换型闪烁室采样器，克服了一般测氡仪受湿度影响大，采样器易受氡子体污染等缺陷，使之成为了一款非常适合地震气氡观测的测氡仪产品；

（3）根据地震气氡观测的采样时间、数据传输格式等要求，调整仪器内部软件系统，使其具备长期自动监测和自动远程数据传输的功能；

（4）后续BG2015-R型测氡仪随主机配备UPS电源出厂，解决交直流电源问题。

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Application of BG2015 Scintilation Chamber Radon Measuring Instrument in the Test of Earthquake Gas Radon

XIAO Jian1，HUANG Ren-gui1，YAO Yu-xia2，YING Xiao-rui3，ZHAO Ying1，LIU Yao-wei4
（1. Jiujiang Seismic Station，Jiangxi Jiujiang 332006, China；2. Pingliang Seismic Station，Gansu Pingliang 74000, China；3. Earthquake Administration of Yunnan Province, Yunnan Kunming 650000, China；4. Institute of Crustal Dynamics of China Earthquake Administration, Beijing 100085, China）

This paper aims to discuss the experiments on BG2015 measuring radon instrument in No.2 well of Jiujiang Seismic Station, Anguo well of Pingliang Seismic Station and No.18 well of Earthquake Administration of Kaiyuan City in Yunnan Province, which has different well water conditions. Comparative analysis is made according to stability, continuity and reliability of gas radon value in different well water conditions. The results show that BG2015 measuring radon instrument is feasible in earthquake industry.

BG2015 scintillation chamber radon measuring instrument; radon value; comparative analysis; feasibility

P315.62

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.01.008

1674-8565（2017）01-0044-08

东华理工大学核技术应用教育部工程研究中心开放基金《水氡自动化装置研制》（HJSJYB2015-8）；江西省地震局新世纪优秀人才《气氡观测的水气比研究》（JXDZ-YXRC20163）；中国地震局三结合《氡无源传递标定方法与规程研究》（CEAJC/3JH-161401）

2016-09-21

2017-01-13

肖健（1975-），男，江西省九江市人，毕业于防灾科技学院，高级工程师，现主要从事地震监测预报工作。

E-mail：5946721990@qq.com