地震氡异常机理研究

长期以来，氡被认为是地震预测中最有希望利用的气体组分之一。 从地震氡异常的形成过程，可描述为两个阶段：其一是氡的从岩石矿物晶格中产生与释放；其二是自由氡在地壳介质中的迁移，并运移到地表形成氡浓度异常。本项研究一方面基于蒙特卡洛数值模拟方法,结合地震应力积累方式模拟试验，研究地质体中氡衰变累积规律及其与岩体孔隙度、岩体中镭含量和地质体密度的关系，建立较准确地描述孕震过程中氡从岩石中释放随机数学模型；研究地质体中氡释放速率与不同应力释放之间的关系，建立地震过程中氡释放量的预测模型；另一方面，研究不同结构和岩性的地质体中氡迁移能力及其扰动规律，建立地震过程中氡浓度非稳态定解问题与氡浓度预测模型；进而提出在一定地球物理条件下地震氡异常的评价指标与判别模式。研究成果可为地震氡异常提供理论和科学依据，提高氡浓度测量预测地震的能力，具有重大的学术价值、社会与经济效益。

氡被认为是地震预测中最有希望利用的气体组分之一。开展地震氡异常的产生机理、形态特征研究，对提高氡浓度测量预测地震的能力，具有重大的学术价值和经济社会效益。从地震氡异常的形成过程，可描述为两个阶段：其一是氡的从岩石矿物晶格中产生与释放；其二是岩石自由氡在地壳介质中的迁移，并运移到地表形成氡浓度异常。地质体中氡由放射性镭衰变产生，岩石自由氡的释放和迁移与岩石孔隙度、密度和所承受应力密切相关。为了模拟孕震过程中岩体氡释放规律，在汶川地震带采集了系列花岗岩和砂岩样本，研发了实时氡连续测量仪，开展了单轴应力积累过程中岩石氡析出量的瞬时和累积两种方式的长期实验，取得了大量的瞬时氡和累积氡的实验数据，开展了孕震区地震氡异常形态模式研究。取得了如下研究成果：.1）建立了稳态条件下反扩散自由氡迁移的微分方程与反扩散自由氡浓度的数学表达式。在有限空间中反扩散效应对自由氡迁移的影响可用反扩散系数来描述，理论计算和实验结果表明，反扩散系数与距氡源的距离之间存在负幂函数关系，在实验装置下，在16cm处的反扩散系数仅为2cm处的1.28%。.2）建立了孕震区岩石应力积累过程中氡析出量的数学模型。岩石应力积累过程中岩石孔隙自由氡析出量与其承受的轴向压力呈现负相关关系，理论计算和实验结果均表明，在60MPa和90MPa的单轴压力下，花岗岩试件表面氡析出量的理论计算结果与物理实验结果的相对误差分别为-8.68%和10.74%；砂岩试件在10MPa和15MPa单轴压力下氡析出量的理论计算与物理实验结果的相对误差分别为6.7%到10.37%。.3）建立了单轴压力条件下岩石氡析出瞬态响应模型。理论分析和物理实验结果表明，在单轴压力下，有限空间内岩石孔隙氡浓度随时间呈饱和指数方式增长，增长的快慢受到氡衰变常数和岩石压缩位移量有关。.4）研发了测量氡及其子体总量的实时连续测氡仪，该测氡仪可以连续测量空气中的实时氡浓度，本底计数小于0.5脉冲/小时。.5）地震氡异常形态可描述为“斜坡形”、“钩形”和“脉冲形”。“斜坡形”地震氡异常反映拉伸应力积累过程中地下水氡异常形态；“钩形”地震氡异常反映压缩应力积累过程中地下水氡异常形态。地震氡异常涉及的岩石空间范围为38天内地下水作用的空间范围，地震氡异常的时间跨度为岩石应力积累的全过程。.6）在项目实施期间，培养博士生1名、硕士生6名；撰写学术论文16篇。