劉男男黑龍江省齊齊哈爾礦產(chǎn)勘查開發(fā)總院

淺談放射性碳同位素在水文地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用

劉男男
黑龍江省齊齊哈爾礦產(chǎn)勘查開發(fā)總院

放射性碳同位素法是研究地下水動(dòng)態(tài)和水文地質(zhì)發(fā)展的一個(gè)重要的手段，能夠有效地運(yùn)用在地下水年代測(cè)定的過程中，同時(shí)其還能有效的獲取水文地質(zhì)參數(shù)。特別是近年來，放射性碳同位素制取測(cè)試技術(shù)以及數(shù)據(jù)分析；理論得到了良好的發(fā)展，這也給我國的水文地質(zhì)研究帶來了新的動(dòng)力和全新的發(fā)展方向。本文主要分析了放射性碳同位素在水文地質(zhì)領(lǐng)域中的應(yīng)用，以供參考和借鑒。

放射性碳同位素；水文地質(zhì)

最近幾年，我國的放射性同位素取樣和測(cè)試技術(shù)得到了非常廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，同時(shí)在這一過程中，其也得到了非常廣泛的應(yīng)用，其也已經(jīng)成為了水文地質(zhì)研究過程中非常重要的一種方法，而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這一技術(shù)在水文地質(zhì)工作中的作用也愈加明顯，我們必須要對(duì)其加以重視。

1、放射性碳同位素在水文地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1.1地下水年代的測(cè)定

自然界當(dāng)中所產(chǎn)生的碳同位素分布主要是因?yàn)槁L的地質(zhì)變化，經(jīng)歷過一個(gè)生物化學(xué)變化過程，進(jìn)入到了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，所以生物圈當(dāng)中的碳同位素的濃度已經(jīng)達(dá)到了較為穩(wěn)定的狀態(tài)。由于地下水具流動(dòng)性，導(dǎo)致碳同位素?cái)y帶的環(huán)境信息存在差異，這與其水體的成因和其運(yùn)移的規(guī)律有著非常密切的聯(lián)系。所以，碳同位素在水文地質(zhì)研究過程中有著非常重要的作用。

1.1.1用DIC測(cè)定地下水的年齡

采用DIC測(cè)定地下水年代是碳同位素地下水測(cè)年研究剛剛發(fā)展時(shí)期比較常見的方法，在很長的一段時(shí)間內(nèi)研究的主要內(nèi)容都是地下水中無機(jī)碳的部分溶解所形成的對(duì)測(cè)年影響而開展的。研究中科學(xué)家首先提出了CO2—CaCO3概念是在封閉地下環(huán)境體系中無機(jī)碳的質(zhì)量趨于平衡的狀態(tài)。但是因?yàn)榈厍蚧瘜W(xué)問題和同位素交換使用的過程復(fù)雜化，其作用機(jī)理存在著較大的負(fù)面作用，很難完成補(bǔ)給區(qū)的地質(zhì)條件和水溫地球化學(xué)條件的分析，故上述的模型在應(yīng)用上是有局限性的。DIC碳同位素是測(cè)定地下水年代的方法之一。通過放射性碳對(duì)含水層中碳酸鹽水化學(xué)進(jìn)行分析研究，使用不同碳的同位素進(jìn)行校正對(duì)比，利用碳同位素與DIC成一定的線性關(guān)系。

1.1.2用DOC測(cè)定地下水的年齡

對(duì)近期滲透的水賦予初始放射性活度比值是目前面對(duì)的問題，而這個(gè)值的變化范圍主要取決于含有有機(jī)質(zhì)土壤的平均年齡，其時(shí)間較長，可達(dá)到百年，所以地下水中的有機(jī)物對(duì)放射性碳同位素測(cè)定所產(chǎn)生的影響也是非常受人關(guān)注和重視。

在DOC試樣分析的過程中，對(duì)空白背景樣品存在異議。其中，通過有機(jī)碳對(duì)地下水當(dāng)中的DOC進(jìn)行全面的研究已經(jīng)成為了目前的主要方法，研究人員對(duì)不同有機(jī)碳樣品進(jìn)行了全面的研究，同時(shí)還充分的借助了爆炸前以及爆炸后的測(cè)年，對(duì)年齡-深度模型進(jìn)行研究，證明了有機(jī)碳等樣品不同的組分碳同位素測(cè)定地下水年代的可靠性。

1.2示蹤劑的選擇與應(yīng)用

在水文地質(zhì)研究中同位素示蹤劑已經(jīng)有了較長的發(fā)展歷史。示蹤技術(shù)一方面可以確定大范圍當(dāng)中的地下水水文特征，同時(shí)還能對(duì)小范圍的溶質(zhì)運(yùn)移進(jìn)行全面的研究。最年來，同位素示蹤技術(shù)迅速發(fā)展，其發(fā)展的成果主要體現(xiàn)在了人工示蹤劑的改進(jìn)和提升上，其也促進(jìn)了深層次的研究和不同的運(yùn)移現(xiàn)象。

示蹤劑對(duì)同位素的要求較高，同位素趨于穩(wěn)定，其靈敏度、獲得的種類、應(yīng)用范圍上同時(shí)受到較大的限制，當(dāng)選定放射性同位素作為示蹤劑，不僅其靈敏度非常高，測(cè)量方法相對(duì)比較簡單，而且可以使得地下水運(yùn)移空間的具體分布更為明顯，同時(shí)還能計(jì)算出相關(guān)的水文地質(zhì)參數(shù)。

放射性碳同位素示蹤劑的濃度受到多種因素的干擾，研究人員采用多種方法校正碳同位素作為示蹤劑產(chǎn)生的差異，得到很好的效果。雖然傳統(tǒng)的公式和模型都能發(fā)揮其作用，但是研究中還存在放射性元素和稀有氣體參與的情況，所以從整體分析，存在著非常大的發(fā)展空間。

2、放射性碳同位素在水文地質(zhì)領(lǐng)域的展望

隨著放射性碳同位素在水文地質(zhì)中的應(yīng)用趨于成熟，致使以加速質(zhì)譜儀為代表的測(cè)試技術(shù)的得到普及和相關(guān)分析理論的逐步完善。放射性碳同位素在水文地質(zhì)中的應(yīng)用雖未形成科學(xué)系統(tǒng)化,發(fā)展過程中也存在諸多的限控因素,但是,由于其本身的性質(zhì)、特點(diǎn)及其對(duì)環(huán)境的無害性,使得放射性碳同位素在水文地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用有其長久發(fā)展的空間。

3、結(jié)語

在未來的發(fā)展中，我們應(yīng)該從放射性碳同位素的自然循環(huán)考慮，對(duì)大氣圈當(dāng)中的放射性碳同位素產(chǎn)率以及其具體的分布進(jìn)行全面的研究，這樣可對(duì)整個(gè)地球表面圈層當(dāng)中的放射性碳同位素的平衡情況進(jìn)行全面系統(tǒng)地分析。還需認(rèn)真考慮碳酸鹽水巖相互作用的干擾、吸附作用等引起的放射性物質(zhì)對(duì)碳同位素的影響，考慮在這此過程中吸附作用對(duì)物質(zhì)濃度的影響。最后是放射性碳同位素測(cè)定數(shù)據(jù)的處理系統(tǒng)要具優(yōu)化性，特別是有關(guān)模擬軟件的設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)庫的全球性是人們非常關(guān)注的內(nèi)容，而地理信息系統(tǒng)技術(shù)上的應(yīng)用對(duì)此技術(shù)的發(fā)展也有著十分積極的意義。

[1]韓永,王廣才,邢立亭,高柏.地下水放射性同位素測(cè)年方法研究進(jìn)展[J].煤田地質(zhì)與勘探.2009(05)

[2]吳錦奎,楊淇越,葉柏生,丁永建,魏智.同位素技術(shù)在流域水文研究中的重要進(jìn)展[J].冰川凍土.2008(06)

[3]瞿思敏,包為民,JeffreyJ.McDonnell,余鐘波,石朋.同位素示蹤劑在流域水文模擬中的應(yīng)用[J].水科學(xué)進(jìn)展.2008(04)