环境同位素在地下水研究中的应用

同位 素 ；反之 ，表 明样 品较标 准 富含重 同位 素 。 放射 性 同位素 的衰 变率 常用 半衰 期表 示 ，其含 量用样 品的放射 性 比度 表 示 ，即每克放 射性 物质 的放 射
性活 度（ ｐｇ 为 了便 于计 算和对 比，实 际 中常使用 相对浓 度 单位 Ａ表 示 ，即 Ｂ ／）
提 供 技术 依据 ［５ １】 ＿。 ６ 和 ８ｇ 具 有环 境效 应 ，如 高程 效应 、温 度 效应 、大 陆效应 、纬度效 应 、降雨 量效 应等 ，其 中高程 Ｄ １ Ｏ
效应和温度效应研究得 比较广泛 。通过研究大气降水 中 ６ Ｄ和 ６８ １ ０每 １０ 高程或 １ ０ｍ ℃的变化值 ，用来确
和 环境放 射 性 同位 素（ Ｈ 和 Ｈ ） 如 ｃ 。同位 素 技术应 用于 地下 水 中主要 有两个 原 因 ：（） １一种 元 素 的化 学 性质 是 由原 子数 决定 的 ，因此 同种 元素 在 不 同同位 素 环境 中 的化 学行 为总 体是 相 同的 ，微 小的 不 同仅 来 自质量
工程 地质 计算机应 用
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环境 同位 素在地 下水研 究 中的应用
刘 涛
（ 海 大学地 球 科学 与工程 学 院 江 苏南京 ２０ ９ ） 河 １０８
【 摘 要 】本文介绍 了环境 同位素技术 的应 用原理， 综述 了 目前 国内外常用 的稳 定同位 素与放射性同位素的具体 应用 。论述了稳定同位素主要用于分析地下水的来源组成与循环途径 ，而放射 性同位素 主要用于地下水测年与示
的不 同 ，这种 质量 的不 同使 自然 界 中不 同体 系 的 同位 素组成 受各 种条 件变 化 的影响 而发 生微 小 的、但 可测 量 的 改变 ， 即具有表 征特 定环 境和过 程 的“ 纹” 指 特性 ；（） ２ 同位素 的化 学性 质 比较稳 定 ，不易 被岩土 吸 附 ，
不 易 生成沉 淀 的化合 物 ，且 同位素 的检 测灵敏 度 非常高 ，很 小 的剂量就 可获 得满 意 的效果 。在 自然 界 中， 稳 定 同位 素组 成 的变化 很微 小 ， 同位 素丰度 或 同位素 比值 不能 明显地 显示 出这 种微 小 的差别 ， 用 也就 是说 ， 精确 测 定稳 定 同位 素 的绝对含 量 在地下 水研 究 中意义 不大 ，需测 样 品稳定 同位 素 比率相对 标准 样 品稳 定 同
踪 的研 究 。
【 关键 词 】稳定 同位素；放射性同位素；地下水
１引言
核 技术 是 ２ ０世纪 人类 取得 的重 大科 学成 就之 一 ，如 今水 同位 素技 术 已成为 一 门独 立 的学科 ，受 到学
术 界 的高度 重视 和 生产部 门的广泛 应用 。 由于地 下水 具有流 动 缓慢且 埋藏 深度 不 同等特 点 ，环境 同位 素技
位 素技 术主 要用 于研 究地下 水 的形成 机制 、地下 水年 龄 、地 下水 储水 能力和 更新 能 力 、地 下水 的渗漏 、地
下水污 染源 的判 断等 。
２ 同位素 的应 用机理及表示方法
同位 素是 原子 核 内质 子 数相 同而 中子数 不 同的一类 核素 。根据 同位 素标记 特性 ，分为 环境 同位 素和 人 工 同位素 两类 。 境 同位素 是天然 存在 或 非人工 目的进 入环 境 的 同位 素 ， 括环 境稳 定 同位素 （ Ｈ 和 Ｏ） 环 包 如
３ ４
工程地质计 算机 应用
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成 为 天然 的示踪 剂 。 目前 应用 较广 泛 的主要 有 Ｄ、 Ｏ、３Ｓ Ｎ、 。ｒ ４、 Ｃ 和 ｓ 等 ，在地 下 水研 究 中可用 于 ｒ 研 究地 下 水 的形成 机 制 、地下 水 中的污 染源 及地 表 水与 地下 水 的相互 关系 等 。
术 已成为研 究地 下 水 ，解 决地下 水 资源与 环境 问题 的独特 甚至 是不 可替代 的手 段 ，它 有助 于从微 观和 宏观
上 阐 明地 下水 运动 机理 。目前 ，在地 下水 中常用 的 同位素有 Ｈ、Ｂ Ｈ、 Ｃ、Ｈ Ｃ、墙 Ｏ、３ 、 Ｓ／ Ｓ 等 ，随 ４ ｒ ｒ Ｓ 着科 学技 术 的发展 ，不断有 新 的 同位 素应用 于 水循环 研究 中 ，如 Ｃ 、 Ｂ、 ｉ Ｂ 、 Ｏｓ ｌ Ｌ 、虬 ｒ ／ Ｏｓ 。同 等
３ １１Ｄ 和 ｏ ．．
在 没有 高温 的水． 岩作 用和 强烈 的蒸 发 条件 下 ，Ｄ和 Ｏ 在地 下水 循环 中被 认为 是保 守和稳 定 的 ，是水
真实 运 动 的示踪 剂 。目前 ，国际上 众 多专 家学者 在 流域 尺度 或 区域尺 度上利 用 Ｄ和 。研 究地 下 水资源 属 性和 水环 境演 化 。通过 分 析大气 降水 、地 表 水和 地下 水 中 Ｄ 和 Ｏ 的组成 ，绘 出 ８ 一 Ｏ 曲线 图，并 与全 Ｄ８ 球 大气 降水线 进 行 比较 ，分 析 出相 互关 系和 过程 ，揭 示地 下水 的形 成和运 移 ，为地下 水 资源 的评价 和管 理
位 素 比率 的千分 ห้องสมุดไป่ตู้ ６ ，表 达式 为 ：
６ ｏ （ 品Ｒ标 ）／ 准 １ ０ ％ ＝ Ｒ样 一 准 Ｒ标 × ０ ０
式 中 ，Ｒ为一种 元素 稀有 的与 富含 的 同位 素丰 度之 比。
（） １
６值 能反 映样 品 同位 素组 成相对 于标 准样 品的变 化方 向和 程度 。如 ６值 为负 ，表 明样 品较标 准 富含轻
Ａ Ａｍ ／ ￣ ０ ＝ Ａｓ １０ （） ２
式 中 ，Ａｍ 待测 样 品的放 射性 比度 ，Ａｓ 标准 样 品 的放射 性 比度 。 一 一
３ 同位素在地下 水研 究中的应 用
３１稳 定性 同位 素 的应 用 ．
稳 定 同位 素 的组成 受形 成温度 等条 件 的制约 ，往往 在不 同物质 或 同一物 质 的不 同相 中产生 分馏 现象 ，