协会官方微信

首页  >>  新闻资讯  >>  专题论述  >>  正文

如何确定地下水年龄|上(P01)

发布时间:2020-12-30     来源:地下水环境网    点击率:135

导语

研究和查明地下水年龄对于地下水循环和再生过程、地下水污染速度、地壳内水化学成分分带性、水的成因类型和水资源评价,以及油气田、盐类和金属矿床等方面无论在理论研究上,或者在实际应用上均具有重要意义。

确定方法

确定地下水年龄的方法可归并为水动力学法和水化学法两类,但用得较多的是水化学法。

一、水动力学法:

以地下水运动和地下径流形成规律为基础,研究含水层(组)的地质、水文地质结构、渗透性、静水压力、流动速度和方向,补给区和排泄区的分布和规模等,计算出含水层(组)中地下水的储存量、补给量,以及水交替强度等,从而评价地下水年龄。

二、水化学法:

以岩石内长寿命的同位素经衰变后形成的新物质在地下水中的数量来判断地下水所经历的时间,来确定地下水年龄,或以宇宙成因的短寿命同位素随大气降水渗入地下,经衰变后减少的数量判断地下水所经历的时间来确定地下水年龄。水化学法实质上为放射性同位素法。用得较多的有氦法、氦氩法、氩法以及氚法、碳-14法等,前三种方法使用的组分均为惰性气体,故又可称为惰性气体法。不同形成条件的地下水,测定年龄的方法不同。目前运用到地下水测年中比较成熟的是14C与氚法。

惰性气体法测定的年龄较长,适用于测定古封存水和深层地下水的年龄。氦法的理论依据是:氦是由放射性元素铀、钍衰变而成的,氦在水中的聚集速度是常数,其聚集量与时间成正比,在采用岩石放射性铀、钍平均含量、氦从岩石向水中的逸出系数和在水中的扩散损失系数等参数基础上建立了水年龄的氦法计算公式。

氦法又分为氦氩法和氩法

后来又将氦法发展为氦氩法和氩法。由于不同学者在选择基本参数时采用了不同的数值,故用同一氦、氩测量值计算得出的水年龄值是不同的。惰性气体法的缺点不仅在于基本参数的选择存在很大的主观性,而且在地质发展历史过程中水文地质动力系统的变化可引起氦、氩比值的变化,从而导致计算出的水年龄失真。

碳-14法

碳-14法是根据地下水中含碳物质(如碳酸盐离子、二氧化碳和烃类气体等)中14C的减少程度来计算地下水年龄。14C的半衰期为5760年,碳-14法能测定的最大年龄约为4~5万年,由于14C以组分形式存在于水中,水与围岩、水中组分之间均要发生置换、吸收、沉淀等作用,均能使14C损耗,以致计算的水年龄值与水的实际年龄值产生偏差。

应用14C法测定含碳物质的年龄最早由 W.F.Libby(1949)提出的,1957年 K.0.MllnniCh首次将14C法应用于测定地下水的年龄,但由于在测龄过程中地下水中的初始14C浓度易受到多种因素的影响,所得年龄均为表观年龄,因此许多学者提出了不同的校正模型。其中具有代表性的有:Diana Holford Bacon 等通过测定渗流区CO2中13C、14C比率,运用地球化学模型与14C测年模型相结合测定地下水年龄;M.L.Davission 等利用放射性同位素14C与运移模型相结合测定地下水的运移时间与年龄;Chen Zhu 首次采用地球化学模型对14C年龄进行了校正;W.J.M.Van kemp 等对比利时法兰德斯地区第三纪含水层的13C、14C以及其它离子进行了测定,通过放射性碳测定地下水的年龄,并采用反向地球化学模型对14C的年龄进行了校正。

氚 (3H)法

氚 (3H)法仅能确定50年以内的水年龄。3H半衰期值为12.26年,衰变时放出β射线并变为稳定同位素3He,量度单位为TU(相当于1018个氢原子中含有一个氚原子,亦相当于1升水中每分钟有7.2次蜕变)。将地下水中 3H的测量值与大气降水中的 3H含量(以1954年以前氚的平均含量为标准,即等于5~10TU)比较确定年龄,若地下水中氚含量小于5~10TU,则水是1954年前形成的;若大于5~10TU,则水是1954年后形成的。因1954年后的核爆炸使大气层中氚含量猛增,1962年增高到6000TU,1963年后缓慢地下降,目前仍保持在100~200TU之间。

现正在探索试用的还有10Be、36CI、32Si、85Kr等测定地下水年龄的方法。

水化学法测定的地下水年龄具有一定的相对性和平均性,并非水的真实年龄。使用不同方法计算出的水年龄值不一定是相同的,而且与水的真实年龄总会存在偏差,有时甚至会得出错误的结论。因此,水化学法测定地下水年龄的研究,目前仍处于探索和发展的阶段。

中国仪器仪表行业协会版权所有   |   京ICP备13023518号-1   |   京公网安备 110102003807
地址:北京市西城区百万庄大街16号1号楼6层   |   邮编:100037   |   电话:010-68596456 / 68596458
战略合作伙伴、技术支持:中国机械工业联合会机经网(MEI)