放射性碳同位素在水文地质中的应用

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摘要：放射性碳同位素法是研究地下水动态和水文地质发展的一个重要的手段，能够有效地运用在地下水年代测定的过程中，同时其还能有效的获取水文地质参数。特别是近年来，放射性碳同位素制取测试技术以及数据分析；理论得到了良好的发展，这也给我国的水文地质研究带来了新的动力和全新的发展方向。本文主要分析了放射性碳同位素在水文地质领域中的应用，以供参考和借鉴。

关键词：放射性碳同位素；水文地质

最近几年，我国的放射性同位素取样和测试技术得到了非常广泛的应用和发展，同时在这一过程中，其也得到了非常广泛的应用，其也已经成为了水文地质研究过程中非常重要的一种方法，而且随着科学技术的发展，这一技术在水文地质工作中的作用也愈加明显，我们必须要对其加以重视。

1、放射性碳同位素在水文地质领域的应用现状分析

1.1地下水年代的测定

自然界当中所产生的碳同位素分布主要是因为漫长的地质变化，经历过一个生物化学变化过程，进入到了一个相对稳定的状态，所以生物圈当中的碳同位素的浓度已经达到了较为稳定的状态。由于地下水具流动性，导致碳同位素携带的环境信息存在差异，这与其水体的成因和其运移的规律有着非常密切的联系。所以，碳同位素在水文地质研究过程中有着非常重要的作用。

1.1.1用DIC测定地下水的年龄

采用DIC测定地下水年代是碳同位素地下水测年研究刚刚发展时期比较常见的方法，在很长的一段时间内研究的主要内容都是地下水中无机碳的部分溶解所形成的对测年影响而开展的。研究中科学家首先提出了CO2—CaCO3概念是在封闭地下环境体系中无机碳的质量趋于平衡的状态。但是因为地球化学问题和同位素交换使用的过程复杂化，其作用机理存在着较大的负面作用，很难完成补给区的地质条件和水温地球化学条件的分析，故上述的模型在应用上是有局限性的。DIC碳同位素是测定地下水年代的方法之一。通过放射性碳对含水层中碳酸盐水化学进行分析研究，使用不同碳的同位素进行校正对比，利用碳同位素与DIC成一定的线性关系。

1.1.2用DOC测定地下水的年龄

对近期渗透的水赋予初始放射性活度比值是目前面对的问题，而这个值的变化范围主要取决于含有有机质土壤的平均年龄，其时间较长，可达到百年，所以地下水中的有机物对放射性碳同位素测定所产生的影响也是非常受人关注和重视。在DOC试样分析的过程中，对空白背景样品存在异议。其中，通过有机碳对地下水当中的DOC进行全面的研究已经成为了目前的主要方法，研究人员对不同有机碳样品进行了全面的研究，同时还充分的借助了爆炸前以及爆炸后的测年，对年龄-深度模型进行研究，证明了有机碳等样品不同的组分碳同位素测定地下水年代的可靠性。

1.2示踪剂的选择与应用

在水文地质研究中同位素示踪剂已经有了较长的发展历史。示踪技术一方面可以确定大范围当中的地下水水文特征，同时还能对小范围的溶质运移进行全面的研究。最年来，同位素示踪技术迅速发展，其发展的成果主要体现在了人工示踪剂的改进和提升上，其也促进了深层次的研究和不同的运移现象。示踪剂对同位素的要求较高，同位素趋于稳定，其灵敏度、获得的种类、应用范围上同时受到较大的限制，当选定放射性同位素作为示踪剂，不仅其灵敏度非常高，测量方法相对比较简单，而且可以使得地下水运移空间的具体分布更为明显，同时还能计算出相关的水文地质参数。放射性碳同位素示踪剂的浓度受到多种因素的干扰，研究人员采用多种方法校正碳同位素作为示踪剂产生的差异，得到很好的效果。虽然传统的公式和模型都能发挥其作用，但是研究中还存在放射性元素和稀有气体参与的情况，所以从整体分析，存在着非常大的发展空间。

2、放射性碳同位素在水文地质领域的展望

随着放射性碳同位素在水文地质中的应用趋于成熟，致使以加速质谱仪为代表的测试技术的得到普及和相关分析理论的逐步完善。放射性碳同位素在水文地质中的应用虽未形成科学系统化,发展过程中也存在诸多的限控因素,但是,由于其本身的性质、特点及其对环境的无害性,使得放射性碳同位素在水文地质领域的应用有其长久发展的空间。

3、结语

在未来的发展中，我们应该从放射性碳同位素的自然循环考虑，对大气圈当中的放射性碳同位素产率以及其具体的分布进行全面的研究，这样可对整个地球表面圈层当中的放射性碳同位素的平衡情况进行全面系统地分析。还需认真考虑碳酸盐水岩相互作用的干扰、吸附作用等引起的放射性物质对碳同位素的影响，考虑在这此过程中吸附作用对物质浓度的影响。最后是放射性碳同位素测定数据的处理系统要具优化性，特别是有关模拟软件的设计以及数据库的全球性是人们非常关注的内容，而地理信息系统技术上的应用对此技术的发展也有着十分积极的意义。

参考文献：

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[2]吴锦奎,杨淇越,叶柏生,丁永建,魏智.同位素技术在流域水文研究中的重要进展[J].冰川冻土.2008(06)

[3]瞿思敏,包为民,JeffreyJ.McDonnell,余钟波,石朋.同位素示踪剂在流域水文模拟中的应用[J].水科学进展.2008(04)

作者：刘男男 单位：黑龙江省齐齐哈尔矿产勘查开发总院