地下水年龄测定方法简介

Question

如题所述

Answer 1

地下水年龄(也称地下水停留时间)，是指从补给水进入地下水系统到水离开该系统时的时间。应用放射性同位素测定地下水年龄的基本依据是放射性同位素的衰变原理。需要满足以下基本条件:①除了放射性衰变外，不发生使母核和子核数目出现增加或减少的其他作用;②放射性同位素的衰减常数为已知;③初始值N₀或D₀为已知，代表性的N_t或D_t值可以观测到。

由式(3.19)可以得到用衰减常数表示的年龄公式:

地下水科学专论

以及用半衰期表示的年龄公式:

地下水科学专论

如果采集地下水样测得样品的某一放射性同位素含量N_t，并且已知N₀，就可以根据式(3.25)或式(3.26)求得地下水年龄。但N₀一般不能事先知道，如果大气降水是地下水的补给来源，并在地下水循环过程中不发生其他变化，可以取当地大气降水的平均值来代替。例如华北某地矿泉水于2001年测得其氚浓度为1.18±2.4TU，已知1981年测得当地雨水氚浓度为63.66TU，由此求得矿泉水的年龄为70.55a。

如果已知母核数N_t和子核数D_t，由式(3.23)得到年龄公式:

地下水科学专论

如果已知子核的D_t和D₀数目，则由式(3.24)得到年龄公式:

地下水科学专论

依据单个放射性同位素测定样品的年龄，不同放射性同位素的测年年限差别很大(图3.16)。从理论上来说，放射性同位素的衰减常数越小或半衰期越大，其所测定的年龄年限越大。

图3.16 放射性同位素的测年年限(据Ekwurzel，2006)

但是，实际情况往往复杂得多。例如:①大气降水的N₀值不是常量;②地下水系统中任何一部分水可能由不同年龄的水组成;③地下水可能发生一些作用使放射性同位素的含量发生变化(增加或减少)。因此，上述利用放射性同位素测定地下水年龄的方法，难以在实际中直接运用，需要根据实际情况进行具体的处理或修正。

测定地下水年龄的方法有³H法、¹⁴C法、³⁶Cl法、¹²⁹I法、³²Si法以及³H－³He法、⁸⁵Kr法、⁸¹Kr法、⁴He法，此外，还有CFCs(氟里昂)法、SF₆(六氟化硫)法、²²⁶Ra－²²²Rn法等。