沂水台RG-BS水汞观测仪使用与维护探讨

刘海刚　王西宝　胡子超　闫万晓　公续升　杜德凯

摘? 要：水汞观测是我国地震地下流体中最基本的项目之一。通过总结RG-BS水汞观测仪的使用方法、试验试剂配制使用，分析影响水汞观测数据的因素。对日常工作中所遇到的仪器故障等各种问题进行梳理，找出解决问题的方法，排除故障，保证仪器正常运行，生产出准确、可靠的观测数据。

关键词：RG-BS水汞观测? 干扰因素? 故障分析

中图分类号：P315 ? ?文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）09（a）-0039-04

近年来观测资料和震例表明，水汞作为一项短临预报指標，是地下流体预报地震的重要组成部分，一直备受各国地震专家学者的重视。但是由于汞元素在地下水中含量很少，并且在具体的检测过程中环节较为复杂，受到的干扰因素也相对较多。观测发现在实际操作中，实验试剂的配制、观测环境的变化、仪器的观测精度及仪器是否正常运行都对汞量观测的准确度有着直接的影响。

RG-BS水汞观测仪的投入使用使得水汞观测有了更大的跨越，因此在工作中掌握水汞仪器的工作原理、使用方法，做好仪器的维护保障工作，生产出连续可靠的观测数据。

1? 沂水台观测点简介以及水汞观测仪工作原理

1.1 沂水台观测点简介

沂水地震台地处丘陵地区，台基岩性为灰岩，周围为居民区，环境较好，无较大干扰源。在构造上处在沂沭断裂带北段，东距沂水-汤头主干断裂仅1km，现在的观测手段主要有测震、水化、形变、深井水位、水温等。

水汞观测所采取的水样采自于沂水六和泉，该泉位于沂水-汤头断裂带东测，为自流泉，泉东为太古界片麻岩，泉西为白垩系王氏组页岩。地形东高西低，处在北西向的自然冲沟内，为风化壳内裂隙水，水质型为亚碳酸、硫酸—钙镁型，是理想的采取水样的井点。

1.2 RG-BS水汞观测仪日常故障

RG—BS型智能数字测汞仪的工作原理是根据基态汞原子对汞灯的特征辐射光选择吸收的冷蒸汽原子吸收分析方法工作。该方法的原理是，被测元素（汞）的基态原子蒸汽同种元素（低压汞灯）发射的253.7A特征辐射光选择吸收，在一定浓度范围内，均匀吸收介质中透射光的强度和基态原子浓度的关系服从朗伯-比尔定律，即

I=I0e-KvLC? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式（1）中，I为透射光强度;I0为入射光强度;K为吸收系数;L为吸收层长度;C为基态汞原子浓度。整理上式可得：

C=KA，A=log I0/I=logl/T? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式（2）中，A为吸光度;T为透光率（T=I/I0）;K为比例系数（K=2.3/Kv·L）。上式表明，吸收室中汞原子浓度与吸光度成正比，若K值确定，测量吸光度即可得到汞原子浓度值[1]。

2? 化学试剂对水汞观测值的影响分析

2.1 RG-BS水汞观测仪观测所需试剂以及配制

在水汞观测中需要多种试剂，几种试剂相互反应，缺一不可。观测水样在消解及还原过程中需要的化学试剂有：浓硫酸（98%H2SO4）、5%高锰酸钾溶液（5%KMnO4）、5%草酸溶液（5%H2C2O4）、5%氯化亚锡（5%SnCl2）。

地震台工作人员每天定时在取样井点采取检测水样，在观测前要把观测样本进行还原。配制过程如下：首先量取50mL水样，分别加入0.5mL 5%的高锰酸钾和1.25mL的浓硫酸作为保护剂，再加入1.5mL 5%的草酸溶液轻轻晃动，静止约20nim直至水样由红色变为无色。向还原器中加入10mL经还原的无色水样，然后再加入2.5mL 5%的氯化亚锡溶液。

2.2 观测中化学试剂对水汞数值的影响分析

2.2.1 浓硫酸（98%H2SO4）

观测水样在取后加入浓硫酸（98%H2SO4）的目的是，将水样中的低价汞变为高价汞，保护水样中的汞含量[2]。

量取50mL蒸馏水，加入不同生产厂家、批次的1.25mL浓硫酸（分析纯）进行试验分析，其他试剂量以及观测环境、观测条件均保持不变，按照观测标准进行。试验结果如表1所示。

从表1中可以看出，使用不同生产厂家生产的浓硫酸所得试验结果差异很大，有的硫酸中含汞量很高，究其原因，不同厂家由于生产过程中采用的工艺水平、原材料来源不同等，从而使得各个厂家的产品所含汞量有差别。而因其不超过允许的杂质含量，一般视为是合格产品，但是对汞这一对于微量元素的测定，造成了干扰。

2.2.2 高锰酸钾溶液（5%KMnO4）

水样中加入5%KMnO4汞保护剂的目的是将水中的汞离子和KMnO4分解形成的二氧化锰共沉淀，汞被富集在固定氧化物中而不宜挥发，并破坏水中大还原菌，达到保护水中汞的目的。

各量取50mL蒸馏水，加入不同剂量的同一生产厂家5%KMnO4溶液，其他试剂量以及观测环境、观测条件均保持不变，按照观测标准进行。试验结果如表2所示。

由表2中可以看出，随着所加高锰酸钾试剂量的增大，观测出的汞的含量没有明显变化，基本可以排除高锰酸钾试剂对水汞观测数据的影响。同时需注意，在配制5%KMnO4溶液时，必须完全溶解，在每次加样时须手摇，以便沉淀物能重新溶解。

2.2.3 氯化亚锡溶液（5%SnCl2）

SnCl2是一种还原剂，具有较强的还原性，其能将还原器中的高价汞以及其他化合价的汞还原为零价汞。而在配制5%SnCl2时需用1MH2SO4作为溶剂，同时因为5%SnCl2试剂具有不稳定行，在与空气接触中被氧化为不溶性的铝氯氧化物，故需要在冰箱中低温保存，并且使用周期不能超过15d。

各量取50mL蒸餾水，加入不同剂量的同一生产厂家5%SnCl2溶液，其他试剂量以及观测环境、观测条件均保持不变，按照观测标准进行。试验结果如表3所示。

如表3所示，所测汞含量随着5%SnCl2剂量的增加略有变化，但此汞量变化是在误差范围内，属于系统误差。因为其溶液在配制时采用了1MH2SO4作为溶剂，而硫酸中存在汞，引起变化的主要原因还是硫酸中的汞本底含量。

3? 观测环境及条件对水汞观测数值的影响分析

3.1 观测室温度的变化对水汞观测数据影响

汞在常温下是以液态形式存在，具有蒸发性，其蒸发速度、蒸汽浓度会随着气温的上升而增加。

通过对2012年全年以及2013年1～9月份的水汞数据和观测室温度做相关分析，结果如图1所示。

通过图1可知，通过分析观测室温度变化曲线和水汞观测值变化曲线可知，二者具有同比变动的关系，即水汞值和温度成正相关。图1中，在2012年5～10月和2013年5～9月随着温度的升高，水汞观测值也比其他月份温度低的月份高。这说明水汞观测值随着温度的升高而升高，故在实际操作中应该严格控制观测室的温度变化，以确保观测数值的准确性和可靠性。

3.2 观测室的气压变化对水汞观测数据的影响

大陆气压一般表现为冬季高，夏季最低，而海洋相反。

通过对2012年全年以及2013年1～9月份的水汞数据和观测室气压做相关分析，结果如图2所示。

由图2（a）曲线可知，气压的年动态变化呈现夏低冬高趋势;对温度和水汞观测值可知，水汞观测值呈现为夏高冬低。由此可知气压与水汞观测值没有特殊关联性，其主要收到室温的影响，所以控制室温可以减少汞值的波动，提高观测数据的质量。

4? RG-BS水汞观测仪的检查、标定和常见故障

4.1 RG-BS水汞观测仪的检查、标定

RG-BS水汞观测仪在使用过程中需每个季度做一次检查和标定，以保证仪器的准确度和精密度。主要技术指标和参数能够反映该台仪器性能优劣，检查和标定包括仪器的检出限、灵敏度、精密度、稳定度和准确度。

检出限指仪器信号（在测量汞的情况下是指由汞所引起的仪器响应）的检出下限。精密度指的是测量值的随机不确定性，即各次测量值之间互相接近的程度，用统计测量结果的相对标准偏差表示。稳定度指仪器的读数随时间的稳定程度，用零点漂移表示。准确度是测定值和理论值之间的符合程度，一般要求l实测值l—l理论值l≤理论值的10%，用实测误差表示[3]。

地震台工作人员严格按照规范要求，每个季度对RG-BS测汞仪进行检查和标定，2013年读RG-BS型测汞仪的各项主要技术指标参数实测结果及标定仪器K值如表4所示。

对比仪器测汞仪出厂时的标准指标和参数，可知仪器实测的各项参数和指标都在仪器误差允许的范围之内，故此台仪器保持在一个较好的状态，观测到的数据准备可靠。

4.2 RG-BS水汞观测仪常见故障分析

经过多年的使用，沂水台工作人员对在日常工作中遇到的仪器故障进行了归纳总结，主要有以下几方面。

（1）电炉电阻丝断裂。在水汞的日常观测过程中，捕汞管经过鼓泡后，在测量时需要通过电炉加热，而加热所需的电炉是用的电阻丝。电阻丝经过长时间的加热后，容易老化、断裂，使得仪器不能正常工作，所以要及时更换电炉电阻丝，保证观测的正常进行。

（2）测量时仪器透过率变动过快。在观测时仪器的透过率保持稳定是汞量正常测量的重要保证。在日常工作中，透过率会在段时间内变为零或者是显示为EEE，使得观测不能正常进行。在这种情况下，可以通过重启仪器来调节，或者是在测量时旋转透过率调节器，使其保证透过率的稳定性。

（3）仪器的重测样一致性不稳定。如果测量的主样和副样之间数据相差较大，那么就表明其一致性不稳定。造成观测样之间的一致性不好，可能是与仪器的观测气路汞污染或仪器性能有关。因为吸附的汞在温度、气流、湿度等条件变化下，释放的汞量不一致，使得测量数据出现较大误差，因此要及时清洗或者更换胶管。

5? 结语

通过分析影响水汞观测质量的因素发现以下几点。

（1）观测环境尤其是观测室温度的变化会影响水汞观测数据。

（2）水汞观测受试验试剂的影响较大，尽量选择含汞量少的浓硫酸，试剂需定期配制更换，加入的试剂必须准确、定量。

（3）通过定期对仪器进行标定和检查可以使仪器的状态相对稳定，减少系统误差。

（4）通过汇总日常工作中的仪器故障，找出问题解决办法，确保仪器的正常运行，可以使地震分析预报人员更好地工作，保证水汞观测数据的完整性和可靠性。

参考文献

[1] 车用太，陈建明.地震地下流体观测技术[M].北京：地震出版社，1995：150-165.

[2] 魏家珍，申春生，刘升礼.汞量测量方法讲义[R].国家地震局科技监测司，1992.

[3] 陈其峰，赵杰峰，魏汝庆.水汞观测资料对比分析[J].地震地磁观测与研究，2011，32（4）：111-114.

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