** 研究的重要支撑之地下流体观测仪器

  我国地震地下流体物理量和化学量的动态观测始于1966年的邢台地震，其观测设备包括井口装置、观测仪器等。本期我们将依据观测技术的发展，展示和介绍各测项观测所使用的各种仪器。

  地下流体观测仪器可分为物理量观测仪器和化学量观测仪器。

  物理量观测仪器

  一

  水位观测仪器

  我国地震地下流体台网水位的动态观测，由最原始的“测钟”开始，经历了多种机械式水位仪和机电式水位仪观测阶段，这一阶段使用的绝大多数观测仪器是由水文、气象与地质部门引进来的，有SW-40、SW40-1、SW-20、SZ-1、HCJ-1、红旗-1、SWG-1等各种型号，但以SW-40型与SW40-1型为主，约占台网水位观测仪器的70%。

  机械式水位仪的水位分辨率、走时、跟踪速度等均存在一定误差。

  红旗-1型水位仪,用于连续自动记录地下水和地表水的水位动态变化。属于纯机械化水位划线自动记录仪器，利用浮标反映水位动态变化，用机械钟作为记录纸的走纸动力。由上海地质仪器厂研制生产。

  SW40-1日记水位计，为机械式水位计，由浮子（标）、记时装置和记录装置组成，主要用于测量记录地下水位动态变化。由水利部重庆水文仪器厂生产。

  20世纪80年代，地震部门与有关单位曾联合研制机电式水位仪（SSJ-1型数字水位记录仪），该仪器的采样精度为mm级，采样密度为10分钟，但由于在性能、价格等方面都不够成熟，没有在台站广泛使用。

  SSJ-1型数字水位仪，通过浮子（标）将水位变化量转化为电信号输出的机电式水位观测仪器，该仪器先后在塔院台站和四川省西昌邛海台站等观测使用。由中国地震局地质研究所研制，北京地震仪器厂生产。

  20世纪90年代初成功研制了数字化观测仪器，其中有DSW-01型精密水位仪、SW-5C型数字水位仪和LN-3型数字水位仪等。

  DSW-01型精密数字水位仪，该仪器为自动对地下水位、固体潮及地震前兆监测和研究。在地震台及三峡大坝水网等地应用，可精确测量水位变化。由中国地震局地震研究所研制，武汉地震科学仪器研究院生产。

  LN-3数字水位仪，由压力式水位传感器和主机构成。主要用于地震地下流体高精度井孔水位观测和同层水温观测。还可以配置气压、气温传感器进行地下水动态综合观测。由中国地震局分析预报中心研制生产。

  LN-3A数字水位仪，是LN-3数字水位仪的改进仪器，提高了数据的存储时间和掉电保护功能，增加了水位“事件”自动识别功能。由中国地震局 ** 研究所研制生产。

  在“九五”、“十五”及首都圈工程项目改造中，LN-3型数字水位仪器在台站得到广泛应用。目前，地震台站主要水位观测仪器为SW40-1型水位仪和LN-3型数字水位仪，个别台站使用红旗-1型水位仪。

  二

  水温观测仪器

  地震地下水温动态观测，由最原始的“水银温度计”开始，经历了半导体温度计观测阶段，到20世纪80年代初、中期研制成功了数字化观测仪器，其中有SZW-1型数字式温度计、CZ-2001型温度仪、TDT-25地温传感器等。

  “九五”、“十五”期间，SZW-1型数字式温度计进一步改进和完善，形成了SZW型系列产品，有首都圈和“十五”项目使用的SZW-1A型（V200型）数字式温度计和SZW-1A型（VER2000版）数字式温度计。

  SZW-1A(V200型）型数字式温度计和SZW-1A(VER2000版）型数字式温度计大大改善了SZW-1数字式温度计的性能，扩展了功能，成为目前水温观测的主要仪器。

  SZW-1系列数字式温度计，用于地热前兆观测中在深井孔中对温度场随时间变化的观测，或者温泉（上升泉）水温观测。由中国地震局地壳应力研究所研制生产。

  三

  水电流观测仪器

  1995年，出现了一种新的地下流体观测技术，基于地下流体观测井孔中，检测大地微电流的动态变化。该技术已被批准为国家专利技术。

  DDE-1型水电流仪连续自动观测，检测结果以放大的电压信号输出，到数据采集器后经换算转化成电流值，可显示、打印或传输。该仪器在几个省的地震台站进行试观测。

  DDE-1型大地微电流仪，根据静电检测放大原理研制的，它是借助于检测地下水井和枯井中大地微电流的动态变化，实现地震前兆监测的专用观测仪器。该仪器的传感器一般投放在观测井中100米以下，灵敏度较高，不受外界干扰。由中国地震局地质研究所、中国地震台网中心研制生产。

  四

  逸出气总量观测仪器

  “十五”期间，中国地震局研制了逸出气总量观测的新仪器。已研制成的两种逸出气总量观测仪，一种是ZCQ-1A型差压式气体流量观测仪，另一种是ZMQ-1A型微桥式气体流量观测仪。两种仪器的工作原理基本一致，主要是气体流量传感器不同。后者采用的是生产的微桥式气体流量传感器。

  ZCQ-1A气体流量监测仪，适用于各种类型的钻孔，如自流井、非自流井、干枯井以及天然泉孔逸出气总量（流量）数字化连续观测。由中国地震台网中心、安徽省地震局研制。

  化学量观测仪器

  一

  氡观测仪器

  1966年邢台地震后，开始进行了井（泉）水中溶解氡观测和在断层土壤气中的氡观测，主要的观测技术为电离法和闪烁法。

  常用的观测仪器有FD-105或FD-105K型静电计和FD-125型氡钍分析器。FD-125型氡钍分析器与自动标定器配套使用。常用的标定器有FH-408型、HW-3203型、FH-463型等。

  FD-105静电计，用来测量水和气中氡含量的基本仪器，主要由静电计、电离室、操作台三部分组成，主要用于微弱电流的相对测量和绝对测量。由上海电子仪器厂生产。

  FD-105K静电计，用来测量水样或气样中放射性气体的浓度，是FD-105的升级产品，去掉了控制箱。采用电子升压技术，省掉了积层电池，使仪器性能更加稳定。由上海电子仪器厂生产。

  FD-125氡钍分析仪，由闪烁室和旋转式工作台构成，以该仪器为主体与标定器组成放射性元素铀钍含量的射气测量系统。也可用来测定水样品及坑道中的微量氡射气的浓度。由北京国营261厂生产。

  长期以来，我国的氡观测一直以水氡（地下水中溶解氡）观测为主，采用每天一次定时人工取样、脱气、测量的方法，不仅会有一定人为操作误差，也可能漏失相当丰富的瞬态的异常信息，影响对氡正常动态规律的认识和映震能力的提高。

  针对上述情况，中国地震局在“九五”期间研制成了SD-3A型自动测氡仪，实现了氡观测数字化、智能化的连续自动井口逸出气的氡观测，且自动传输。此仪器由氡探测装置（测氡传感器）和主机组成，氡探测装置是利用FD-125型氡钍分析器的工作原理研制的。

  在“十五”期间，为了地下水中溶解氡（水氡）、逸出氡(气氡）与断层带土壤氡（土氡）等各种不同井（点）条件的观测需要，又将人工操作和数字记录及传输技术相结合，研究生产了SD-3自动测氡仪和改进型的SD-3B型自动测氡仪，用于地下水中溶解氡人工观测。

  SD-3A自动测氡仪，是在总结长期地震监测预报中氡观测的经验，和具体台站环境、井（泉）条件的基础上研制成功，对氡进行全自动测量、显示、传输的智能化仪器。对溶解氡（自流井、泉）、逸出氡（非自流井）和土壤断层逸出氡均可稳定连续地自动监测。由中国地震局 ** 研究所研制生产。

  SD-3B型测氡仪，是SD-3A自动测氡仪改型的半自动测氡仪器，用于人工采集水样、气样。经人工处理，测定样品中的氡含量。由中国地震局 ** 研究所研制生产。

  768数字水氡仪，该仪器是FD-125氡钍分析仪改造型仪器，用于监测地下水中氡动态变化，既可以与地震前兆遥测设备连接进行有线或无线传输，也可以单独在水化学观测台站使用。由兰州地震研究所研制。

  二

  汞观测仪器

  从1984年起，测汞技术被引用到地震监测预报中。在地震前兆观测中使用最广泛的是冷原子吸收分析法和金汞齐技术相结合进行汞观测。

  使用的仪器是原地质部生产的XG系列型冷原子吸收测汞仪，常用的仪器型号有XG-3型、XG-4型、XG-5型测汞仪与XG-5Z型塞曼型测汞仪等，用于长期定点以及流动观测的水汞和断层带土壤气气汞的动态观测，以及隐伏断层探测研究方面的汞测量。

  XG-4型数字式测汞仪，根据冷蒸气原子吸收原理设计而成的单光束、单通道测汞仪器。可广泛应用于化探、地质石油，化工食品检验、环境保护、卫生防疫等部门中分析微量汞。地震台站广泛用于地下水汞含量的监测。由北京地质仪器厂生产。

  XG-5Z塞曼测汞仪，根据冷蒸气原子吸收原理和利用塞曼效应和光的偏振技术设计而成的，其技术特点是在XG-4型的基础上增加了塞曼效应，解决了一般气体的背景干扰的校正问题。由地质矿产部物化探研究所生产。

  1996年，中国地震局开展了前兆数字观测技术的研究，研制了DFG-B智能测汞仪，同年在广东汕头一口静水位观测井上安装该测汞仪，并开展地下水逸出气汞的定点连续自动观测实验，使汞量地震前兆观测技术向数字化迈出具有历史意义的一步。

  DFG-B型智能测汞仪，以冷原子吸收技术为基础的智能化测汞仪器，采用单光速、单波长光学系统得到汞的特征辐射光。该仪器主要用于地震台站定点连续自动观测地下水逸出气汞含量。由中国地震局分析预报中心生产。

  “九五”期间，研制者对DFG-B型智能测汞仪进行了较大的改进和完善，汞量观测从每天定时人工取样观测发展成为连续自动数字化观测，并在山东省等地的地震台站投入使用。实现了井（泉）水逸出气中的气汞的连续自动观测。

  RG-BQZ自动数字测汞仪，是DFG-B型智能测汞仪的升级仪器。具有现场和远程修改设置参数功能、气汞数字经自动遥测和数据处理功能、自动标定功能及掉点保护功能。适用于地下水逸出气中汞的连续自动观测，在全国及首都圈示范区地下流体前兆数字化台网建设中得到广泛应用。由中国地震局 ** 研究所研制生产。

  在“十五”期间，由于观测的需要，又研制出人工操作、计算机控制与测汞技术相结合的RG-BS数字测汞仪，用于水中的汞浓度观测。

  RG-BS型智能测汞仪，可用于地下水中汞量检测及各种气态汞检测，也适用于固体样品的汞检测。由中国地震局 ** 研究所研制生产。

  三

  地下水化学量观测仪器

  水中化学量观测的主要观测项目是Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、Cl-、SO42-、硫化物总量等，通常采用的是容量法测定,K+、Na+的一般使用的是G-3型火焰光度计。NO2-、可溶性SO2使用的仪器是721型分光光度计。pH值、Eh值使用的是PHS-2型酸度计；电导率使用DDS-11A型、CC5型、27型电导仪等。水的溶解气中的气体组份通常利用SP系列气相色谱仪进行。

  上述水中化学量观测一般是采用现场采样后送实验室利用各种技术进行的，人工进行数据处理、传输。

  HG-3型火焰光度计，是测定元素在火焰中被激发时发射出的光谱强度的一种分析仪器。该仪器曾在地震地下流体观测台站使用，测量水中钾、钠离子的变化。由北京环境保护仪器厂生产。

  721分光光度计，是专供工厂、矿山、医院及各科研单位的化验室，在可见光谱区范围内进行定量比色分析用。由山东高密电子仪器厂研制生产。

  PHS-3C型pH计，是一台精密数字显示pH计，适用于大专院校、研究院所、工厂企业的化验室取样测定水溶液的pH值和电位值。此外，还可配上离子选择电极，测出该电极的电极电位。由上海生产。

  DDS-307型电导率仪，是实验室测量水溶液电导率必备的仪器，它广泛应用于石油化工、生物医药、污水处理、环境和地震监测、矿山冶炼等行业及大专院校和科研单位。目前主要用于地震流动监测。由上海生产。

  SP-2304A气相色谱仪，是实验室常用多组份分析仪器，地震台站主要用气体中H2、He、CO2、N2、CH4、Ar、O2等各组份的分析。由北京分析仪器厂生产。

  四

  数字化氢、氦观测仪器

  1996年，中国地震局开展了前兆数字观测技术的研究，研制出数字化的WGK-1型自动测氦仪和GWK-202型测氢仪，同年在山东枣庄一矿井安装，并开展了钻孔逸出气氦的定点连续观测，使氢和氦的前兆观测技术初步向自动、连续的数字化观测迈开了具有历史性的一步。

  WGK-1测氦仪，是根据渗透法原理研制成的一种连续、自动的数字观测仪器，该仪器自动化连续检测、电量化输出的工作方式，这种数字观测可极大地丰富地震监测信息，可及时监测到地球深处氦的连续变化信息，且传输报送及时，无需人员操作，为台站的无人值守创造了条件。不仅可以直接监测地下水井口逸出气氦的含量，而且可以监测天然气和断层气中氦的含量。由中国地震局地质研究所、中国地震台网中心研制生产。

  GWK-202型测氢仪，采用渗透法和真空学原理研制而成的一种自动化检测、数字化输出的氢测量仪器。该仪器适用于连续观测地下水逸出气中氢气的动态变化，还可用于测量天然气及断层气中氢的浓度含量。由中国地震局地质研究所研制生产。

  “九五”期间，研制者对自动测氦技术进行了较大的改进和完善，检测结果以电信号输出，到数据采集器后经换算转化成百分含量，可显示、打印或传输。目前，WGK-1型自动测氦仪在山东、云南、新疆和黑龙江等地的地震台站投入使用。

  五

  数字化二氧化碳观测仪器

  “九五”期间，中国地震局研制出数字化的测定二氧化碳的观测仪器，实现了逸出气中CO2组份的连续自动。EY型数字二氧化碳测量仪曾在山东进行试观测，后在首都圈的部分台站进行观测。但由于研制人员的流动，使该技术未能得到延续。

  EY-2型二氧化碳测量仪，用于连续测量地下水中溶解的二氧化碳气体浓度，由中国地震局地震研究所研制生产。

  参考文献：宋臣田等主编，《地震监测仪器大全》，地震出版社，2008年

  转至：震知卓见