1、黎己余，林稚颖，郑辰禾，等.AlphaGUARD 测氡仪对 BG2015R 测氡仪标定的探索J.地震科学进展,2023,53(7):315-322.doi:10.19987/j.dzkxjz.2022-109LiJY,LinZY,ZhengCH,etal.ExplorationoncalibrationofBG2015RradonmeterbyAlphaGUARDradonmeterJ.ProgressinEarthquakeSciences,2023,53(7):315-322.doi:10.19987/j.dzkxjz.2022-109AlphaGUARD 测氡仪对 BG2015R 测氡仪
2、标定的探索*黎己余林稚颖郑辰禾杨鼎鸿程庆斌（福建省地震局，福建福州350001）摘要氡对地震前后地层应力变化反应较为敏感，是示踪构造与地震活动的一种有效的化学元素。氡观测在我国地震前兆流体观测手段中占很大权重，但由于近年来仪器老化及更新换代较多，许多台站测氡仪的标定工作受到制约，因而影响了氡观测资料的准确性和可靠性。本文利用高精度的 AlphaGUARD测氡仪，分别采用含有一定浓度的新鲜井水、固定源对宁德一号井 BG2015R 测氡仪进行标定实验，其结果是新 K 值与旧 K 值相对误差分别为 2.83%和 1.1%，标定结果符合中国地震台网的观测要求；同时对标定实验中 AlphaGUARD 测
3、氡仪、BG2015R 测氡仪测值进行了均值、一致性等指标计算分析，给出了对两套仪器标定时的取值建议。文中所述的标定实验的流程和方法可以为在网运行测氡仪的标定提供一定的技术参考。关键词P2000 测氡仪；标定；一致性中图分类号：P315.62文献标识码：A文章编号:2096-7780(2023)07-0315-08doi：10.19987/j.dzkxjz.2022-109Exploration on calibration of BG2015R radon meterby AlphaGUARD radon meterLi Jiyu,Lin Zhiying,Zheng Chenhe,Yang D
4、inghong,Cheng Qingbin(FujianEarthquakeAgency,FujianFuzhou350001,China)AbstractRadonissensitivetothechangeofstratastressbeforeandaftertheearthquake.Itisaneffectiveelementfor tracing the structure and seismic activity，and accounts for a large proportion in Chinas earthquake precursorobservationnetwork
5、.Inrecentyears，duetotheagingandupdatingofinstruments，thecalibrationofradonmetersatmanystationshasbeenrestricted，whichfurtheraffectstheaccuracyandreliabilityofradonobservationdata.Inthispaper，thehigh-precisionAlphaGUARDradonmeterisusedtocalibratetheBG2015RradonmeterinNingdeNo.1wellbyusingfreshwellwat
6、erandfixedsourceswithacertainconcentration.TherelativeerrorsbetweenthenewKvalueandtheoldKvalueare2.83%and1.1%respectively，andthecalibrationresultsmeettheobservationrequirementsofChinaEarthquakeNetworksCenter；Atthesametime，theaverageandconsistencyofthemeasuredvaluesofAlphaGUARDradonmeterandBG2015Rrad
7、onmeterinthecalibrationexperimentarecalculatedandanalyzed，andthevaluesugges-*收稿日期：2022-07-08；采用日期：2023-03-29。基金项目：中国地震局监测、预报、科研三结合课题（3JH-202001049），中国地震局地震科技星火攻关项目（XH21013），中国地震局震情跟踪定向工作任务（面上 2021020301）和福建省地震局构造地球化学攻关团队联合资助。通信作者：黎己余（1990-），男，工程师，主要从事地震监测系统运维与建设，数据跟踪，地震预测等工作。E-mail：。第53卷第7期地震科学进展Vol
8、.53No.72023年7月ProgressinEarthquakeSciencesJul.,2023tionsforthecalibrationofthetwosetsofinstrumentsaregiven.Theflowandmethodofthecalibrationexperimentdescribedinthispapercanprovideacertaintechnicalreferenceforthecalibrationoftheradonmeteroperatinginthenetwork.KeywordsP2000radonmeter;calibration;consi
9、stency 引言在地震发生前后，地层板块运动加剧，会释放出更多的气体，其中无色无味的氡，已经在中外取得许多震例，有前兆异常、同震响应以及震后效应1-2。因此测量氡浓度的变化是地震监测预报领域的重要工作之一，目前在我国地震前兆观测网中有氡观测点300 余个，其中人工模拟观测仪器占比为 53.9%，数字化观测仪器占比为 46.1%（2020 年统计），数字化观测中以 SD-3（A）系列测氡仪为主，在网运行的BG2015 系列测氡仪仅有 8 套，占总比 5%（2020 年）；在 SD-3（A）系列测氡仪的不断老化及停测现状下，BG2015 系列测氡仪逐渐被引入到多个地震台站使用。为确保观测值的真实
10、可靠，要定期对观测仪器进行检查和标定。地震行业中应用最早的氡气固定源是加拿大 RN-150 型与国产 FD-3024 型氡气固定源，受氡源老化及管控影响，以上两款氡源在使用上存在不便，后经孔令昌教授改造的 RN-FD 型循环式氡气固定源被用于测氡仪日常标定3，但缺点是操作繁琐，需要在使用期间用计量传递测氡仪重新标定。受诸多条件限制，现有大多台站已对测氡仪停止了标定，从而严重影响观测值的质量4。AlphaGUARD测氡仪（以下简称 P2000 测氡仪）具有国际认可的测量精度高、误差小及其可作为传递的功能，国外学者已开展了大量实验证实了这一特性，并利用上述功能开展了一些检测和校准实验4-6；国内氡
11、测量技术方面的专家通过 P2000 测氡仪对含一定氡浓度水样进行准确定值，进而实现代替氡气固定源进行氡观测仪器标定的实验，并取得较好的效果7；同时利用P2000 测氡仪作为标定仪器进行的标定实验，结果表明，当系统内氡体积活度（即氡浓度）1Bq/L 时，所得到的 K 值相对于均值的偏差均5%，而且相对于氡气固定源校准得到的 K 值相对误差均5%8。起卫罗等9认为氡体积活度大于 5Bq/L，即可进行水中溶解氡校准实验，且氡浓度越大，实验效果越理想。行业内参与日常地震监测的地震台站一线工作人员对 BG2015R、P2000 测氡仪从运行、标定等角度也开展了研究，但均存在各自台站的特色10-12。仪器
12、运行方面的有关研究文章主要是开展仪器比测的工作，通过对 BG2015R 与 FD-125 测氡仪闪烁、SD-3A 测氡仪等串联观测，发现测值曲线变化趋势较为同步，存在一定的数值差异，认为是不同仪器间的标定差异造成的，但未具体展开说明；仪器标定方面的有关研究主要是介绍利用 P2000 测氡仪和含一定浓度氡气的水对 FD-125 测氡仪、DDL-1 型气氡仪校准的可行性，并未对 BG2015R 测氡仪标定展开研究。宁德一号井 SD-3A 年度标定时一直采用 GD-L2小型流通式氡源进行标定，标定结果均能符合学科要求。作为新引进到台站的 BG2015R 测氡仪，仪器说明书上未提供仪器的标定方法。笔者
13、结合宁德地震台高氡浓度水氡观测井及未知氡浓度的 RN-FD 型循环式氡气固定源，利用 P2000 测氡仪具有精度高、误差小和具有传递功能等优势，在宁德地震台开展P2000 测氡仪对 BG2015R 测氡仪进行标定方法的探索。1宁德一号井氡观测系统宁德一号井于 2004 年开始数字化改造，SD-3A测氡仪在网运行至今，2019 年新增 BG2015R 测氡仪与 SD-3A 测氡仪串联观测（图 1），宁德一号井供电、防雷等系统稳定健全，观测测项受周边场地环境、观测系统及自然环境（降雨、雷电、气压等）等因素干扰较小。脱气装置排水管/流量监测BG2015R 测氡仪水管气管小恒流泵鼓泡装置大恒流泵SD-
14、3A 测氡仪图1SD-3A 与 BG2015R 测氡仪水气路串联图Fig.1Water and gas circuit series diagram of SD-3A andBG2015RradonmeterSD-3A 型、BG2015R 型数字式测氡仪的核心均316地震科学进展2023年是氡探测器，它由 ZnS(Ag)闪烁室和光电倍增管组成，与模拟测氡仪 FD-125 相类似（图 2）。氡进入闪烁室后，氡及其子体衰变发出的 粒子使闪烁室采样器壁上的“荧光体”ZnS（Ag）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，经过电子元件把电脉冲放大，最后被处理器记录下来。
15、根据单位时间内的脉冲数（cpm）与氡浓度（Bq/L）成正比的理论，可以换算出被测气（或土壤）中的氡浓度。ZnS(Ag)闪烁室光电倍增管进气口出气口脉冲信号图2氡探测器结构图Fig.2Structurediagramofradondetector2标定实验标定是在一定条件下开展的，其目的是测量仪器或测量系统所指示的观测值，或实物量具或参考物质所代表的量值，与对应的由标准所复现的量值之间关系的规定操作。标定可在检验仪器准度后对其有关参数或部件进行矫正、调整来消除偏差。本次标定实验是利用 P2000 测氡仪具有精度高、误差小和传递功能等特点，在 P2000 测氡仪和 BG2015R 测氡仪串联系统中
16、串联上氡源（固定氡源/水中氡），经充分循环后，开始记录仪器读数，P2000 测氡仪读数经过气温、气压修正后即可用于 K 值的计算；为确保 BG2015R 测氡仪日常测试时稳定工作，标定前进行了工作高压枰曲线实验，目的是要确定其工作高压的范畴，并设定仪器工作高压；本台 BG2015R 测氡仪通过高压枰曲线测试实验，工作高压区间在55650V 之间均可（图 3），当前设定在 630V。整个实验流程如图 4 所示。为了能减少标定结果对后期仪器观测值的影响，标定过程主要在宁德一号井房进行；标定时，对RN-FD 型循环式氡气固定源进行氡源采集时在宁德地震台测氡室进行，确保 P2000 测氡仪、BG2015R测氡仪标定时观测环境（温度、湿度、气压等）相对稳定。标定分别采用了观测井中的新鲜水和固定源作为标定源。2.1 标定实验设计及实施为了能排除实验结果的偶然性，同时证明实验具有可重复性，每组实验共做 3 次，每组实验方案及实施过程介绍如下。实实验验 1实验目的：验证 P2000 测氡仪、含有氡浓度的水结合可用于测氡仪标定。实验地点：宁德地震台宁德一号井房。实验材料：BG2015R 测氡仪（1 号闪
