Stability and Practicability Analysis of RN-FD Type Solid Radon Source
-
摘要: 对测氡仪器进行精确校准是氡测量工作中的重要环节，固体氡气源的稳定性、可靠性在校准中则显得至关重要。本文通过分析RN-FD型固体氡气源对闪烁室K值的稳定性实验结果，认为：RN-FD型固体氡气源标称的浓度值与实际浓度值不一致，标称浓度值只是理论浓度值而不是实际浓度值，需重新刻度才能使用；RN-FD型固体氡气源抽气循环时间不同则浓度不同，但抽气循环时间固定，观测结果比较稳定；对于没有α检查源的台站，RN-FD型固体氡气源可用于氡观测仪器坪区检查。Abstract: The precise calibration of observing instruments plays an important part in the measurement of radon. The stability and reliability of the solid radon source are very crucial in the calibration. In this paper, through the analysis of the stability of the scintillation chamber K value derived from the RN-FD solid radon source, we found that the nominal value of the concentration of RN-FD solid radon source was not consistent with the actual value. The actual concentration value needs to rescale before to use. The concentration difference waw caused by different pumping cycle time. When the pumping cycle time is fixed the observed results are stable. For a station without the α-check-source, the RN-FD solid radon source can be applied as the plateau area check of the radon detector.
-
引言
2017年5月11日，新疆维吾尔自治区喀什地区塔什库尔干县发生MS 5.5地震，地震造成8人死亡、31人受伤，造成房屋及设施破坏，直接经济损失共20.05亿元（侯建盛等，2017）。
此次地震灾区主要涉及喀什地区塔什库尔干县科克亚尔柯尔克孜民族乡、塔合曼乡、提孜那普乡、塔什库尔干乡、班迪尔乡、巴扎达什牧林场（行政隶属班迪尔乡）、瓦恰乡、达布达尔乡等9个乡镇。灾区面积3288km2，受灾人口26486人，9285户，由于房屋毁坏和较大程度破坏造成失去住所人数共计16194人，4753户。
1. 地震构造背景及基本情况
1.1 地震烈度
此次地震震中位于新疆喀什地区塔什库尔干县塔什库尔干乡，宏观震中位于塔什库尔干乡库孜滚村，为Ⅷ度异常点。通过对灾区9个乡（镇、场）的69个调查点展开实地调查，得到的烈度图等震线长轴呈北北西走向分布（图 1）。Ⅶ度区面积227km2，长轴28km，短轴8km，涉及塔什库尔干镇（含县城）和塔什库尔干乡；Ⅵ度区面积3061km2，长轴100km，短轴43km，涉及科克亚尔柯尔克孜民族乡、塔合曼乡、提孜那普乡、塔什库尔干乡、班迪尔乡、巴扎达什牧林场（行政隶属班迪尔乡）、瓦恰乡、达布达尔乡等8个乡（场）；Ⅵ度区及以上总面积为3288km2。
1 新疆地震局，2017.新疆塔什库尔干5.5级地震灾害损失评估报告.
1.2 发震构造
震区位于帕米尔高原塔什库尔干断陷谷地，该谷地是由青藏高原西北帕米尔构造结内部塔什库尔干拉张系晚新生代以来的拉张作用形成的盆地，其南北狭长，东西分布海拔为4000—5000m的高山。
震区内塔什库尔干断裂成型于华力西时期，有长期的演化发育史。大部分在喜马拉雅期重新复活，该断裂控制着塔什库尔干盆地的形成与演化，此次塔什库尔干MS 5.5地震就发生在塔什库尔干断裂带上（图 2）。
1 新疆地震局，2017.新疆塔什库尔干5.5级地震灾害损失评估报告.
从本次地震的新构造运动分区背景来看，新近纪以来震区所处的西昆仑隆起区隆起幅度大致在2—7km，该隆起区第四纪以来的隆起幅度和速率分别为1200—1700m和10—13mm/a。
1.3 震区场地条件
震区位于帕米尔东北—西昆仑区段，西昆仑山体呈北西—南东走向，平均海拔5000—6000m，主要山峰偏于西部。主峰公格尔山海拔7649m，慕士塔格山为7509m，山体宽厚高大，南北不对称，北坡长而陡峭，与海拔1000m多的塔里木盆地相邻，高差4000m。帕米尔高原实际上并非平坦的高原面，由几组山脉和山脉之间宽阔的谷地和盆地构成。
此次震中位于塔什库尔干谷地内，发育有塔什库尔干河，震区附近谷地与两侧高差700—1200m，谷地总体走向近南北，宽数千米，呈狭长状，谷地两岸冰碛物堆积及冲洪积堆积发育，村庄沿河流阶地及山前冲洪积扇分布（刘军等，2014），该地貌单元内场地类别为Ⅰ类，如图 3所示。
2. 震害特征分析
2.1 地震灾害特征分析
本次地震涉及影响范围内的房屋结构类型主要包括简易房（土石木结构）、砖混结构、砖木结构及少量的框架结构。简易房按照承重墙体可分成两类，其中一类主要分布在山前洪积扇倾斜平原地带，多为当地居民就地取材而建，屋顶结构为先搭建房梁后在其上搁置短木条作为椽子，在椽子上铺设草席后覆盖房泥，部分老旧房屋屋顶房泥较厚，墙体由卵石、粉土砌筑而成，粘结强度极差，加之施工质量和场地条件的影响，造成一定数量的毁坏和大面积破坏，是导致本次地震造成人员伤亡的主要原因；另一类主要分布在塔什库尔干河两岸阶地上，此类房屋多为土坯砌筑而成。由于该地区经济落后，交通极为不便，建造成本高，在县城存在大量2000年左右建设的土石木房屋。在地震中，第一类房屋大面积倒塌，房屋倒塌基本为整体性倾覆，第二类土坯房倒塌相对略少，多为局部倒塌，2种不具抗震性能的房屋破坏面积较严重，计算时均列入土石木结构房屋，该类房屋在乡镇Ⅶ度区毁坏达39.1%，在县城的Ⅶ度区毁坏达24.3%。震区各类结构房屋面积如表 1所示。
表 1 震区各类结构房屋面积（单位：m2）Table 1. Total areas of various kinds of structures in the earthquake area (unit: m2)行政区 土木结构面积 砖木结构面积 砖混结构面积 框架结构面积 总面积 县城 9000 114700 171135 325700 620535 乡镇 814770 46954 47636 0 909360 乡镇中的砖木结构房屋为近年新建居住用房，设有构造措施，抗震能力好；老旧砖木房屋未经抗震设防，砌筑工艺和质量较差。震区老旧砖木房屋严重破坏现象为房屋承重墙体大面积剪切裂缝或外闪，局部屋顶塌落；中等破坏现象主要为墙体斜向或竖向开裂，宽度约1mm，但延伸长度较长，由墙体顶部延伸至底部。Ⅶ度区严重破坏以上达24.3%，但无整体倒塌房屋，该类结构房屋未造成人员伤亡。
砖混结构房屋主要是乡（镇）公用房屋，或县城的居住用房。2010年后建设的砖混结构房屋抗震能力较好，地震后出现一定数量墙体细微开裂。2000年前建设砖混结构办公楼设防烈度低，在地震中造成一定数量严重破坏。震区典型房屋灾害如图 4所示。
框架结构多为2010年后新建办公用房，抗震能力好，未产生结构性破坏，但出现大面积填充墙开裂，修复量大。
通过对震区69个调查点进行均匀抽样调查（孙景江等，2011），最后得到本次地震震区房屋破坏比，如表 2所示。
表 2 震区各类结构房屋的破坏情况Table 2. Statistial results of building damages of various structures in the earthquake area行政区 单位 毁坏 严重破坏 中等破坏 轻微破坏 破坏合计 不具备修复价值 县城 m2 26156 54751 74645 341811 497363 99568 间 1308 2738 3732 17091 24869 4979 户 327 685 933 4273 6218 1245 乡镇 m2 80958 151041 194444 260836 687279 280610 间 4048 7552 9722 13042 34364 14031 户 1012 1888 2431 3261 8592 3508 2.2 基础设施与生命线工程的破坏
在市政设施方面，地震造成42km供排水管道、34km供暖管道和4座供热站受损，造成供水厂、污水厂氧化池及构筑物受损；交通系统方面，共86km道路损毁，350m隧道严重损坏，9座桥涵、135处涵洞和20km道路防护损坏。塔什库尔干县村庄道路局部塌陷情况如图 5所示。
在水利系统方面，地震造成114km水渠受损，对震区农作物灌溉造成一定影响。在达布达尔乡，草场水渠破坏造成库什吾尼可尔村、恰特尔塔什村、土拉村及库什吾尼可尔村等30余户、约0.12km2棉作地灌溉受影响，对震区居民的收入造成一定影响，恢复时间需要1个月左右。塔什库尔干县达布达尔乡阿特加依里村草场水渠地基失稳，在地震作用下完全破坏（图 6）。
图 6 布达尔乡阿特加依里村草场水渠地基破坏情况Figure 6. Damage of water channel at Atejiayili village of Dabudaer town在电力系统方面，地震造成63座（110kV、220kV）塔基局部受损，1座110kV变电所和11座35kV变电所受损。电力系统破坏造成塔什库尔干乡布依阿勒村、加隆且特村和吐尔得库勒村等近60户居民用电中断，经过5天的抢修，断电区域已经恢复供电。
在通讯系统方面，地震造成移动、联通、电信公司7个核心机房受损（图 7），3座铁塔损坏，5km光缆倒伏。通讯系统破坏造成塔什库尔县城辖区内部分居民通信不稳定、少数居民固定电话不能呼入进户，经过2天的紧急抢修，通讯基本恢复正常。
图 7 塔什库尔干县通信系统中心机房横向裂缝Figure 7. Transverse cracks in communication room of Taxkorgan county3. 安居富民工程减灾效益分析
在近年来新疆发生的历次破坏性地震中，震区建设的安居富民工程和抗震安居房（张勇，2005）在减少人员伤亡和经济损失中发挥了显著作用（谭明等，2014）。在此次地震中，塔什库尔干县绝大部分倒塌的房屋为老旧的简易房，造成人员伤亡的房屋均为土石木房屋，宏观震中附近的安居富民房屋均完好。新疆大规模实施安居富民工程后，建造的农居符合设计规范要求，无一受到毁坏或者严重破坏，抗震性能得到检验（唐丽华等，2016）。
震后通过对灾区进行抽样调查，统计了安居房及安居工程改造的土木、砖木及砖混结构房屋所占比例，并根据灾区安居房未改造前的土木、砖木及砖混结构房屋数据，结合新疆地区安居富民房震害矩阵，对塔什库尔干5.5级地震的减灾效益进行了计算和分析。在地震灾害损失评估中，将抗震安居房和安居富民房面积替换为改造前的简易房屋面积，计算抗震房减灾效益（刘军等，2016），具体数据见表 3。
表 3 塔什库尔干县震区安居富民房减灾效益对比Table 3. Statistical results of reducing damage with anti-seismic living room project类别 未进行安居工程改造损失 实际损失 减少损失 受伤人数 68 31 37 死亡人数 34 8 26 受灾人数 53438 26486 26952 房屋直接经济损失/亿元 68.8 20.05 38.75 需紧急安置人数 36783 16194 20589 恢复重建费用/亿元 88.3 29.34 42.96 4. 结语
（1）此次地震属于浅源中强地震，震源深度8km，地面振动强。极震区位于地震断裂上方，灾害破坏较集中，对震中附近的库孜滚村造成了毁灭性破坏，与同级别地震相比较灾情较重。
（2）塔什库尔干盆地是1个冰碛堆积盆地，其地下沉积物质具有强烈的不均一性，这种分选性极差的场地地基条件对地震动有一定放大效应，因此造成县城城区内的砖混结构房屋出现了不同程度的破坏，多数框架结构房屋填充墙大面积开裂。
（3）灾区位于帕米尔高原，自然条件恶劣，资源匮乏，经济落后，建设成本高，自建房屋质量差，抗震能力低，也是本次地震震级不大、震害较重的重要原因。
-
图 1 固体氡气源、气泵和闪烁室的连接示意图
Figure 1. Connection of the solid radon source, the pump and the scintillation chamber
图 2 RN-FD型固体氡气源在不同抽气循环时间、不同静置时间的1号闪烁室脉冲值
Figure 2. Impulses number of No.1 scintillation chamber in different pumping time and different standing time by using RN-FD solid radon source
图 3 RN-FD型固体氡气源在不同静置时间的脉冲值
Figure 3. Pulse number of RN-FD solid radon source in different standing periods
表 1 RN-FD型固体氡气源校准闪烁室K值
Table 1. Calibrated K value of scintillation chambers using RN-FD solid radon source
日期 7月31日 8月2日 8月4日 8月1日 8月3日 8月5日 闪烁室 1号 2号 CRn/Bq·L-1 1353.33 N-N0/脉冲·分钟-1 11983 12117 12005 11458 11557 11445 K/Bq·(脉冲·分钟-1)-1 0.05647 0.05584 0.05636 0.05906 0.05855 0.05912 K/Bq·(脉冲·分钟-1)-1 0.05622 0.05891 相对误差/% 0.4 -0.7 0.2 0.3 -0.6 0.4 
下载: 导出CSV
表 2 RN-150型固体氡气源校准闪烁室K值 (单位：Bq·(脉冲·分钟-1)-1)
Table 2. Calibrated K value of scintillation chamber using RN-150 solid radon source (unit: Bq·(pulse·min-1)-1)
日期 9月25日 9月26日 9月27日 9月25日 9月26日 9月27日 9月25日 9月26日 9月27日 闪烁室 1号 2号 3号 分配活度/Bq 19.24 K 0.00756 0.00740 0.00747 0.00744 0.00733 0.00740 0.00722 0.00710 0.00723 K 0.00748 0.00739 0.00718 相对误差/% 1.1 -1.0 -0.1 0.7 -0.8 0.1 0.5 -1.2 0.7
下载: 导出CSV
表 3 RN-FD型固体氡气源中氡的浓度CRn
Table 3. CRn concentration of RN-FD solid radon source
日期 9月28日 9月30日 10月2日 9月28日 9月30日 10月2日 9月28日 9月30日 10月2日 闪烁室 1号 2号 3号 K值/Bq·(脉冲·分钟-1)-1 0.00748 0.00739 0.00718 N-N0/脉冲·分钟-1 12156 11947 12041 11711 11661 11755 12279 12385 12510 CRn/Bq·L-1 181.85 178.73 180.13 173.09 172.35 173.74 176.33 177.85 179.64 CRn/Bq·L-1 180.24 173.06 177.94 相对误差/% 0.9 -0.8 -0.1 0.0 -0.4 0.4 -0.9 -0.1 1.0 CRn/Bq·L-1 177.08 相对误差/% 1.8 -2.3 0.5 用CRn值计算K值/Bq·(脉冲·分钟-1)-1 0.00728 0.00741 0.00735 0.00756 0.00759 0.00753 0.00721 0.00715 0.00708 K/Bq·(脉冲·分钟-1)-1 0.00735 0.00756 0.00715 相对误差/% -1.0 0.8 0.0 0.0 0.4 -0.4 0.8 0.0 -1.0 两个源校准K值误差/% -1.8 2.3 -0.4
下载: 导出CSV
表 4 11月不同抽气循环时间、不同静置时间的1号闪烁室脉冲值 （单位：脉冲·分钟-1）
Table 4. Impulse numbers of No. 1 scintillation chamber in different standing time and different pumping cycle time in November (unit: pulse·min-1)
日期 12日 13日 14日 15日 16日 17日 18日 19日 20日 循环时间/分钟 10 10 10 20 20 20 30 30 30 静置0分钟 8866 8725 8752 9231 9715 9618 9942 9850 9838 相对误差/% 1.0 -0.6 -0.3 -3.1 2.0 1.0 0.7 -0.3 -0.4 静置10分钟 9387 9327 9301 9933 10196 10096 10492 10456 10473 相对误差/% 0.5 -0.1 -0.4 -1.4 1.2 0.2 0.2 -0.2 0.0 静置20分钟 9880 9883 9796 10399 10698 10609 10918 10980 10933 相对误差/% 0.3 0.3 -0.6 -1.6 1.2 0.4 -0.2 0.3 -0.1 静置30分钟 10415 10373 10343 10925 11063 11021 11393 11410 11336 相对误差/% 0.4 0.0 -0.3 -0.7 0.5 0.2 0.1 0.3 -0.4 静置40分钟 10880 10731 10779 11332 11381 11446 11717 11751 11797 相对误差/% 0.8 -0.6 -0.2 -0.5 0.0 0.5 -0.3 0.0 0.4 静置50分钟 11281 11205 11118 11705 11786 11672 12084 12138 12134 相对误差/% 0.7 0.0 -0.7 -0.1 0.6 -0.4 -0.3 0.2 0.1 静置60分钟 11648 11554 11528 11983 12117 12005 12293 12449 12398 相对误差/% 0.6 -0.2 -0.4 -0.4 0.7 -0.2 -0.7 0.6 0.1 静置70分钟 11921 11905 11839 12227 12387 12265 12518 12700 12583 相对误差/% 0.3 0.1 -0.4 -0.5 0.8 -0.2 -0.7 0.8 -0.1 静置80分钟 12134 12101 12091 12473 12492 12404 12596 12741 12635 相对误差/% 0.2 -0.1 -0.1 0.1 0.3 -0.4 -0.5 0.7 -0.2 静置90分钟 12387 12304 12295 12641 12666 12600 12809 12946 12880 相对误差/% 0.5 -0.2 -0.3 0.0 0.2 -0.3 -0.5 0.5 0.0
下载: 导出CSV
-
陈永花, 李延京, 张超美等, 2014.水氡观测中K值标定探讨.地震研究, 37(S):72-75. http://www.cqvip.com/QK/92537X/2014S1/68908974504849528349484951.html 崔勇, 许秋龙, 张学敏等, 2008.CD-L1型流气式固体氡源替换RN-150型氡源的研究.地震地磁观测与研究, 29(2):80-85. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dzdcgcyyj200802014 杜文勇, 贺永忠, 2013.GD-L2型流气式固体氡源标定SD-3A数字化气氡仪的经验探讨.防灾减灾学报, 29(2):40-44. https://www.wenkuxiazai.com/doc/222cecf3f524ccbff121848f.html 国家地震局, 1985.地震水文地球化学观测技术规范.北京:地震出版社. 国家地震局科技监测司, 1995.地震地下流体观测技术.北京:地震出版社. 柯璟, 柯玉龙, 庄映辉等, 2015.对几种固体氡源在标定测氡仪器中性能的探析.华南地震, 35(2):43-49. http://www.cqvip.com/QK/96488X/201502/665909574.html 李朝明, 杨志坚, 朱培耀等, 2012.KJD-2000R测氡仪(α谱仪)观测结果分析.地震研究, 35(3):399-405. https://www.wenkuxiazai.com/doc/7d07dc9251e79b8968022679.html 李彤起, 李正蒙, 陈兰庆等, 1997.测氡仪器固体氡气源标定新技术推广应用进展与效益.西北地震学报, 19(4):71-77. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZBDZ704.011.htm 刘菁华, 王祝文, 田钢等, 2007.均匀覆盖层中氡迁移的数值模拟.地球物理学报, 50(3):921-925. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dqwlxb200703034 刘学领, 马建英, 程立康等, 2008.水氡观测样品脱气温度及观测时间的选取.地震地磁观测与研究, 29(2):55-58. http://www.cqvip.com/QK/96509X/200802/27140317.html 刘耀炜, 任宏微, 张磊等, 2015.鲁甸6.5级地震地下流体典型异常与前兆机理分析.地震地质, 37(1):307-318. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dzdz201501024 任宏微, 姚玉霞, 黄仁桂等, 2016.地震监测氡观测仪器校准新方法研究.地震, 36(3):46-54. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DIZN201603005.htm 唐方东, 何林锋, 王振基等, 2009.氡体积活度模型与验证.核电子学与探测技术, 29(2):285-287, 343. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_hdzxytcjs200902013.aspx 吴永信, 钟心, 陈兰庆, 2006.氡气固体源的准确度、稳定性和重复性及其影响因素研究.西北地震学报, 28(2):184-188. http://www.cqvip.com/qk/92873X/200602/22366278.html 姚玉霞, 任宏微, 郭丽爽等, 2016.AlphaGUARD与FD-125测氡仪的对比观测研究.震灾防御技术, 11(3):641-646. doi: 10.11899/zzfy20160320 张清秀, 孔令昌, 江劲军等, 2012.新型流气式固体氡源用于氡仪器标定的实验研究.华南地震, 32(2):60-67. http://www.cqvip.com/QK/96488X/201203/43943860.html 张昱, 刘小凤, 常千军等, 2010.大震前水氡同步异常变化及其预测意义探讨.地震研究, 33(3):253-258. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dzyj201003003 中国地震局, 2014.地震水文地球化学观测技术规范.北京:地震出版社. 中国地震局监测预报司, 2007.地震地下流体理论基础与观测技术(试用本).北京:地震出版社. 期刊类型引用(0)
其他类型引用(2)
-
下载:
点击查看大图
计量
- 文章访问数: 107
- HTML全文浏览量: 60
- PDF下载量: 5
- 被引次数: 2
