年轻地下水定年研究综述

将环境示踪技术用于地下水定年以确定地下水的相关时间尺度问题在过去几十年中得到了长足发展,尤其是在年轻地下水定年方面。目前国内外用到的年轻地下水环境示踪剂有多种,这些示踪剂在地下水定年方面各有利弊。本文的目的是对国内外现有的9种年轻地下水示踪剂(3 H、3 H/3 He、4 He、35S、36 Cl/Cl、85 Kr、222 Rn、CFCs和SF6)的来源、示踪原理、误差来源、优缺点、适用性和应用现状等进行归纳和总结,为研究者、管理者和决策者在应用时提供参考。

50~1000 a地下水定年新方法:放射性成因^(32)P法

地下水年龄是重要的水文地质学参数,可以指示地下水的循环时间和更新能力。常用环境同位素测定地下水年龄,但不同的环境同位素由于半衰期不同导致定年范围有限,50~1000 a成为地下水定年的“短板”。然而,50~1000 a是近代人类活动频繁的时期,地下水资源、水环境和水气候记录档案等研究都需要年龄标尺。^(32)Si可以用来确定50~1000 a地下水的年龄,但是由于其复杂且费时费力的前处理和测试限制了^(32)Si定年的应用。^(32)Si衰变生成子同位素^(32)P,^(32)Si和^(32)P在3个月内会达到放射性平衡,放射性活度达到一致。天然状态下50~1000 a地下水中的^(32)Si与^(32)P一直处于放射性平衡状态,所以直接富集地下水中的^(32)P可以用于50~1000 a地下水的年龄测定。地下水中^(32)P的富集采用氢氧化镁共沉淀法,方便快捷。因此,放射性成因^(32)P有望解决50~1000 a地下水的定年“短板”。在江汉平原地下水实例研究中发现,放射性成因^(32)P定年结果与^(32)Si定年结果基本一致。因此,放射性成因^(32)P是解决50~1000 a地下水定年“短板”的有效工具,且便捷准确。

用氟里昂(CFC)数据确定地下水的补给年龄

地下水中是否有新水补给是地下水资源评价中非常重要的问题之一,如何确定地下水中有无新水补给是水文地质工作中的一个难题。地下水年龄测定是识别地下水来源的重要方法之一。近十多年来CFC方法被应用于近50年以来地下水的定年:即通过测定地下水中溶解的碳氯氟化合物(氟里昂)来确定地下水的补给年龄。本文重点介绍这一方法的原理和应用。

地下水年龄在地下水研究中的应用研究进展

近些年,同位素和示踪技术广泛地应用于地下水研究中,其中以对地下水定年的研究尤为突出。本文通过研究国内外大量的研究实例,分析得出地下水年龄在评价地下水更新能力,正确认识地下水运动和溶质迁移规律,以及约束地下水模型参数等方面具有重要作用;同时指出地下水定年不仅受到地下水混合作用、气-水-岩作用等自然因素的影响,还受到人类活动的干扰,以及受到地下水定年方法不同导致结果也常常不同的困扰。本文还指出测定的地下水样中示踪剂的年龄并不代表地下水本身的年龄,应用地下水年龄研究上述问题时要充分考虑到各种作用的影响。

利用CFCs定年数据计算静升盆地含水层渗透系数

文章利用CFCs(氟氯碳化合物)定年数据,计算山西静升盆地含水层渗透系数。结果表明:补给条件较好的区域与补给条件差的深层承压区相比,地下水年龄偏年轻;从冲洪积扇顶部到扇缘,地下水径流逐渐变缓,含水层渗透系数变小;盆地南部较北部,地下水流动缓慢,渗透系数整体偏小。该方法获得的渗透系数符合实际地质条件。

地下水年龄及其在含水层封闭性评价中的应用

针对目前地下水年龄和地下水滞留时间概念混用、地下水年龄分类缺乏依据及地下水定年方法复杂多样的问题,本文给出了地下水年龄和地下水滞留时间的严格定义,考虑不同定年方法的测年范围以及人类活动影响程度等因素,进行了地下水年龄的合理分类。本文还总结了已有地下水的定年方法,主要包括物理上的水动力模拟计算方法和化学上的示踪剂方法,提出了不同定年示踪剂存在的主要问题以及定年方法选择的原则。最后以鄂尔多斯高原为例,利用地下水年龄判断含水层封闭性,提出了CO_(2)地质封存工程选址的地下水年龄标准(大于3万年),评价结果表明,除补给区和排泄区外,中部的白垩系地层以下满足CO_(2)相态要求、有连续盖层的绝大多数区域满足CO_(2)地质封存的安全要求。

特约主题信息

在全球气候变化及碳减排背景下,同位素技术在研究地球系统水资源变化及调控和非碳基能源开发利用等方面发挥着重要作用。近年来,非传统同位素理论及测试技术(包括^(37)Cl、^(11)B、^(7)Li、^(81)Kr、^(85)Kr、^(39)Ar等)的突破使其能更好地解决水文地质学领域的诸多问题,如物质溯源、各种地球化学过程的示踪以及不同时间尺度地下水定年等。本专栏的两篇文章,一篇系统总结了年至10亿年尺度上地下水年龄定年方法、优缺点及其在评价含水层封闭性方面的应用,另一篇篇专门探讨了^(14)C方法在混合地下水定年中的校正和应用。