印缅俯冲带附近,由地震引起的土壤,气体浓度的变化

晶晶评情 2024-09-22 01:44:54

最近,许多研究人员做出了一些努力,以测量世界地震多发地区的地质气体异常散发,而氡气一直是最优选的可能地震前兆的地质气体,因为它很容易检测到。

在本次调查中,在位于印度东北部靠近印度洋的 V 地震带的米佐拉姆邦艾藻尔的 Chite 断层(北纬 23.73°,东经 92.73°)连续测量了土壤内 80 厘米处的氡浓度。 -缅甸俯冲带,使用法国Kodak Pathe制造的LR-115 II型核径迹探测器。调查期间,氡气浓度变化范围为163.27 Bq/m 3至2557.82 Bq/m 3,平均值和标准差分别为1116.15 Bq/m 3和591.76 Bq/m 3。

氡气浓度的某些异常与4.7≤M≤5.5级范围内的地震有关,而其他一些异常则归因于气象参数的影响。

土壤暴露于人为污染物,主要是地下水和大气降水积累的污染物。钙、钠、铬、镍和锌元素代表植物和动物代谢过程中必需的常量和微量元素。如果大量引入重金属对生物圈的污染,将会扰乱自然环境的化学平衡,并可能对人类造成危险。生物体。Ca、Na、Cd、Cr、Ni、Pb 和 Zn 是地壳的常见成分,在上大陆地壳岩石质量中,Ca 丰度为 3 wt%,Na 为 2.89 wt%,Cd 为 98 mg kg -1, Cr 为83 mg kg -1,Ni 为 44 mg kg -1,Pb 为 17 mg kg -1,Zn 为 71 mg kg -1。

结果提供了土壤剖面和废物样品中钙、钠、镉、铬、镍、铅和锌的含量及其分布模式的信息。草甸土(灰化土)发育于更新世冰川岩上,主要是沙子或粘土。废料是索尔维纯碱工艺中剩余的材料。

土壤的粒度分析显示,土壤含有 0.03-10% 砾石、72.97-99.71% 沙子和 0.08-5.7% 淤泥/粘土。根据波兰土壤科学学会推荐的土壤和矿物材料的质地分类,分析的土壤被分类为沙子。

土壤中测得的 pH 值范围为 5.94 至 8.68(中位数 7.39),而废弃物的 pH 值范围为 7.45 至 11.75(中位数 8.28)。土壤呈中酸性至强碱性,大部分为中性。堆体表层呈弱碱性,废样呈强碱性。

使用电感耦合等离子体发射光谱法 (ICP-OES) Optima 7300 Dual View Perkin Elmer 原子发射光谱仪测定重金属及氡气含量。重复每次土壤分析。如果重复结果差异超过 5%,则对该样本进行进一步分析。 图给出的数字 是从每个土壤/废物层获得的结果得出的平均值。

气泡引起的载气迁移被认为是控制载气(CO 2和CH 4)和痕量(Rn、He)气体在地球表面大范围分布的重要传输机制。地震事件期间观察到的土壤气体异常和地下水化学变化可能归因于气体载体动力学。

近几十年来,对地震前兆现象的分析表明,中震、大震前可能发生地球物理、地球化学过程的重大变化。气体浓度异常的行为变化很大。一些研究人员报告说,地震事件发生前气体浓度有所增加。除此之外,还报道了地震事件发生之前和之后氡浓度或浓度比的下降。在某些情况下,异常现象也会在事件发生的同时或之后发生。土壤气体浓度对水文变化不敏感,因为它们极易受到许多其他环境影响。然而,过去许多作者认为,土壤气体浓度的时空变化受气象干扰的影响最为强烈。

土壤气体中的氡浓度随着深度的增加而增加,直到达到一定深度,这取决于土壤的性质和水分含量。氡气充当气流变化的指示剂。检测此类变化的最敏感深度在 0.5 至 1 m 之间。自 1971 年以来,人们致力于根据剪胀性和流体流动来解释地震。膨胀性是指在应力作用下体积的弹性增加,如图所示 。根据剪胀理论,在地震发生前不久,岩石特性将发生显著变化,导致裂缝中渗水的可能性和/或裂缝数量增加呈指数级增长。

结果,大量质量发生移动,这将导致地下土壤气体向地球表面移动。因此,可能会出现新裂缝的张开、旧裂缝的加宽或闭合、或者张开和闭合裂缝的重新分布。在干燥岩石中,裂缝的张开或闭合会导致氡扩散系数的显著变化。岩石的体积变化也会导致地下气流,从而导致额外的氡气传输。如果新的开放裂缝充满水,水-岩石界面的增加会导致氡从岩石基质转移到水中的增加。如果充满水的裂缝闭合,水将被压缩到另一个地下体积,其中从岩石到水的散发可能不同。所有这些影响都会导致相关含水层的压力和水位变化。这也可能导致在地球表面观察到的水混合比的变化。最后,气流还可以移动一些地下水,并且所有先前讨论的机制作为地壳中水重新分配的结果都可以生效。

地震很可能是由于地质和构造过程中沿断层的运动而发生的。印度东北部被认为是世界上六个地震最活跃的地区之一。印度东北部构造图如图所示。近百年来,该地区经历了18次大地震(M≥7),以及数百次小地震和微地震。该地区的高地震活动归因于北部印度板块和欧亚板块之间的碰撞构造以及东部沿印缅山脉的俯冲构造。印度东北部的人口密度和发展计划显著增加。

印度东北部的地震构造图显示了破坏性地震的震中。还显示了构造带和主要逆冲断层MBT-主边界逆冲断层;MCT-主中央逆冲断层;NT-Naga 逆冲断层;DT-迪桑逆断层)。粗蓝线代表印度东北部与缅甸和孟加拉国接壤的国际边界(未按比例),红线代表断层和逆冲断层

此外,在过去的二十年里,该地区的计划外城市中心如雨后春笋般增长。这导致人口和自然结构对地震的脆弱性日益增加。因此,切实评估东北地区的地震活动状况显得十分必要。这将为地震减灾提供完善的数据库。此外,该地区的高地震风险要求采取紧急和持续的缓解措施。因此,似乎确实需要采取所有可用的努力,包括可能有助于降低该地区地震风险的氡气变化和地震活动记录。氡气的变化似乎是导致地震的地壳运动的良好前兆。这一事实鼓励研究人员寻找一种利用这种现象进行地震预测的方法。然而,地震发生之前并不总是出现氡气异常,也不是每次氡气增加都会发生地震。

固态核径迹探测器是过去几十年来在地震前兆研究中测量氡气浓度最广泛使用的设备之一。每周使用法国 M/S Kodak Pathe 制造的 LR-115 Type-II SSNTD 胶片进行测量。探测器(被切成 3 cm × 3 cm 的尺寸,并装入双杯氡/钍辨别剂量计中,该剂量计由 Mayya 和孟买 BARC团队设计和制造。Singh 等人讨论了实验细节。研究区域的气象参数来自阿萨姆邦古瓦哈蒂 IMD 区域气象中心。由于某些条件的限制,土壤气体没有每日记录,而是进行了7天的综合测量。计算7天的总降雨量。温度、压力和相对湿度为7天的移动平均值。关于与氡气数据相关的地震活动的选择,对于距测量地点的震中距离没有这样的一般规则。Virk修改了 Fleischer提出的模型,将印度喜马拉雅山西北部的 142 个案例研究考虑为

NORMSINV(每个氡气值的 CDF)用于 Z 分数,NORMINV(每个氡气值的 CDF、平均值、标准差)用于预期值。

预期氡气值与 Z 分数的关系图将是一条直线。现在,我们观察了具有相同均值和标准差的正态分布数据的实际氡气数据与预期氡气数据的比较,并观察到实际氡气数据与预期氡气值紧密对应。因此可以得出结论,数据来自正态分布的总体。另外,计算了氡气数据的偏斜因子,结果为0.49,表明氡气值稍微向右偏斜。为了检查偏斜因子的重要性,我们使用了 Excel 公式,即。如果 skew > 2*sqrt(6/count) 则偏斜因子显着(即分布不正态),如果 skew < 2*sqrt(6/count) 则不显着(即分布正态) 。在案例中,发现倾斜因子不显著(即 0.49 < 0.94)。

气象参数对氡气浓度的影响

分析土壤气体中的氡浓度以及气象参数,即。温度、降雨量、相对湿度和压力提供了有关这些参数对氡气发射的依赖性的有用信息。据报道,该时间窗口Chite断层土壤气体中氡的平均浓度为1116.15 Bq/m 3,标准差为591.76 Bq/m 3。氡气的百分比变异系数(σ/Avg.)为53.02%。

由图可知很明显,测得的氡气与温度和降雨量呈非常低的正相关性,即氡气浓度值随着这些参数的增加而增加,反之亦然。原因可能是由于地表湿土层的覆盖效应阻止了氡气逃逸到大气中(Virk et al., 2000))。结果,氡气值最初下降,然后在一段时间内开始上升。氡气与相对湿度之间存在 0.31 的中等正相关系数。发现百分比变异系数为 6.96%。这表明氡气排放的变化更多地受到相对湿度的影响,而不是温度和降雨量的影响。因此,土壤湿度的增加可能会增加岩石中产生的氡迁移到孔隙流体中的比例,从而增加土壤气体中的氡含量。氡气与压力之间存在非常低的负相关系数(-0.005),这表明压力对调查期间测得的氡气浓度没有显著影响。

氡浓度与地震事件的相关性

过去,不同的作者使用了各种统计方法用于识别异常氡气浓度的可能阈值。一种非常常见的方法是检查几个月或一年的氡气峰值和氡气浓度平均值之间的差异。在例子中,氡气浓度(X)的平均值被视为背景水平,超过X±2σ(平均值±2标准差)的值被认为是异常的。如果氡气最大值较其平均值增加或减少±1σ,则应仔细检查气象参数的可能影响,并相应地假定氡气异常。给定时间段内氡浓度与气象参数的变化如图所示 。

根据氡气浓度特征趋势如图所示,在给定时间段内记录了三个正峰值和三个负峰值。2013 年 9 月 6 日观察到第一个氡峰(负异常),随后于 2013 年 9 月 7 日发生了 4.8 M 的事件。由于观测到的峰值没有超过 X-2σ 极限,因此似乎有必要仔细研究气象参数的行为。在此期间,与氡气呈正相关的相对湿度和降雨量相当低。

因此,氡浓度的下降归因于和/或由气象参数的变化引起,而不是由地震事件引起。第二个氡峰(负值)记录于 2013 年 4 月 10 日。2009)。2013 年 10 月 11 日和 2013 年 10 月 25 日连续记录到三个氡气正峰值,超过了 X + 2σ 极限,而 2013 年 11 月 8 日的第三个峰值刚刚超过 X + 1σ 水平,随后发生了两次 4.7 M 和 4.7 M 的地震事件。 2013年10月29日和2013年6月11日记录到5.5 M,震中距离测量地点分别为176公里和320公里。

这些正异常可能是由于这两次地震的综合影响。氡气正异常可以通过膨胀扩散模型来解释 (Mjachkin et al., 1975)其中,地震前氡气含量的增加与岩石的开裂量有关,因此会急剧增加,然后由于应力松弛而趋于平缓。2013 年 11 月 22 日观察到氡气浓度再次急剧下降,但在此期间没有发生地震事件。此外,用环境参数来解释如此大的氡气减少是相当困难的。氡气浓度的突然下降可能是由于额外的压缩闭合了裂缝和孔隙,或者是由于膨胀导致孔隙体积饱和。

利用地震事件和气象参数对上述时间段内产生的氡气数据进行了分析。在 4.7 级和 5.5 级地震前后,观测到一些相当大的氡气正异常,超过了 X + 2σ 的极限。氡浓度的这种变化可能是由于这两次地震事件期间印度-缅甸俯冲带的地壳变形造成的。除此之外,与地震活动呈负相关的氡气数据也有少量异常下降。可以得出的结论是,这些变化可能是由于气象参数影响氡浓度,也可能是由于氡从深层土壤输送机制的复杂性。然而,为了更好地关联并查明异常的地震事件。

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