年轻地下水测年最新技术--SF6法

SF6是一种无色、无嗅、无毒、不易燃的惰性气体,具有良好的绝缘性、灭弧性和散热性,广泛用于断路器和变压器的绝缘材料.电器设备的泄漏使得大气中SF6浓度增加很快,每年达7%,造成SF6的人工来源,此外还有天然来源.SF6通常用带电子捕获器(ECD)的气相色谱仪测定.SF6是一种新型的测定年轻地下水年龄的工具,特别适合研究1990年以后补给水的年龄.SF6年龄以亨利定律为基础计算.由于大气中SF6浓度逐年增加,比CFC测年法具有更大的优越性.     

大气和地下水中SF6测试技术

SF6是一种无色、无嗅、无毒、不易燃的惰性气体，具有良好的绝缘性、灭弧性和散热性。由于SF6具有化学惰性、大气圈和水圈中本底浓度低、检测灵敏度高等优点，它成为一种较为理想的大气、水文示踪剂。另外，在年轻地下水测年领域，SF6法已经逐渐有取代其他测年工具（3H法、CFCs法、3H/3He法）的趋势，特别适合研究1970年以后补给水的年龄。本文基于气相色谱仪和电子捕获检测器，设计了一套SF6提取制样分析系统，发展了SF6测试技术。     

SF6在地下水应用中的研究现状

SF6是无味、无毒的惰性气体,难被生物降解,不易被有机质吸附,即使是在强还原环境下也没有明显地降解。目前大气中SF6的浓度约以7%的速度增长,而且已实现了大气和地下水中SF6的测试技术,其具有较为简单的分析和取样流程。SF6作为一种新的示踪剂在地下水的研究中具有潜在的应用价值,它能够较好地描述地下水运动规律、径流机理,测试地下水的滞留时间和运移速率,解释地下水的循环过程和混合作用等,在地下水的研究中发挥着重要的作用。然而我国对SF6的研究还处在起步阶段,实现SF6在地下水研究中的应用,建立SF6的长期大气观测站迫在眉睫,联合运用多种多示踪剂解决地下水中科学问题是发展的趋势之一。     

桂林地区岩溶水SF6年龄研究

2006年10月在桂林地区取地下水、地表水水样5个,空气样品5个,用气相色谱“双阀双柱”法测定了SF6 的浓度,以质量平衡原理为基础建立了计算地下水SF6 年龄的模型。计算结果显示,岩溶裂隙水的SF6 年龄比地下河水的年龄偏老,地下河源头水的SF6 年龄比出口处的年龄偏老,即桂林市丫吉实验场1号洼地岩溶裂隙水SF6 年龄为10年,山脚下地下河出口处水的年龄为8年,冠岩地下河源头水SF6 年龄为9年,出口处的年龄为5年。这可能是与地下河出口处受当年大气降水的影响有关。      

浅层地下水SF6年龄测试技术及其应用

地下水年龄是水文地质研究的重要参数,特别是年轻地下水的年龄.论述了安装设计的用于地下水中SF6的测试技术,该技术装置由SF6提取系统和分析测试系统两部分组成,前者由剥离器、硅胶管、冷冻富集陷阱、六通阀、十通阀、高纯氮气钢瓶和载气过滤系统组成,后者由带电子捕获检测器(ECD)的气相色谱仪组成.通过条件实验,该系统测定SF6的标准误差为1.77%,对SF6的最低检测极限为1.0×10-12,测定空气中的SF6只需10 mL气体,测定地下水样时只需1.0 L.研究了地下水SF6年龄的计算程序,计算了石家庄市浅层地下水的年龄.     

大气干湿沉降: 地下河多环芳烃的重要来源——以广西清水泉地下河为例

为证实大气干湿沉降物是岩溶地下河中多环芳烃(PAHs)的来源,研究选择了某城市典型的岩溶地下河水源地作为研究地点,采用大气干湿采样器、聚氨酯泡沫(PUF)大气被动采样器分别采集大气及其干湿沉降物样品,同时采集地下河水样和分层采集流域土壤,利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)测定了16种PAHs优先控制污染物。结果表明,地下河流域大气干湿沉降中PAHs的干湿沉降通量为147.26 ng·(m2·d)-1,流域PAHs沉降量为1943.8 g;大气中的PAHs浓度为45.33 ng·m-3;地下河水中PAHs浓度平均值为220.98 ng·L-1;土壤中PAHs浓度为38.72 ng·g-1;大气、降雨和土壤中PAHs组成以2~3环的萘、芴、菲、荧蒽、芘5种为主,地下河水中以芴、菲、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、苯并[a]芘6种为主。利用地下河多介质中的16种PAHs成分谱、特征比值结合它们的物理化学性质进行PAHs的源解析,研究显示大气干湿沉降是岩溶地下河水中多环芳烃的主要污染源之一,这归因于岩溶地区防污性能的脆弱性。     

非质量硫同位素分馏效应研究进展

非质量硫同位素分馏效应是目前国际上最前沿的稳定同位素地球化学研究领域之一。在简要介绍非质量分馏理论的基础上,对近几年非质量硫同位素分馏效应的最新研究成果进行总结和分析。关于非质量硫同位素分馏的微观来源机制存在较多争议,有待于进一步探索;采用SF6为工作气体是现有硫同位素高精度测定的主要制样技术;非质量硫同位素分馏效应研究为火星大气演化及火星生命痕迹探询、古代大气氧化条件、地球早期硫循环、火山活动对气候的影响等重大地质科学问题的解释开辟了一条独特的新途径。最后对非质量硫同位素分馏领域研究趋势进行了探讨。     

塔里木盆地东北部大气降水氚浓度的恢复及应用

氚作为一种理想的示踪剂和测年技术手段,在地下水研究中应用广泛。为了解决塔里木盆地东北部地下水氚测年研究中的大气降水氚浓度恢复问题,采用因子分析法,建立了塔里木盆地东北部大气降水氚浓度模型,并用实测数据进行了模型校正,校正后模型计算结果与实测数据吻合良好,表明所建立的大气降水氚浓度模型较合理;同时,考虑到研究区大气中氚含量受20世纪大气层核试验的影响,采纳了前人部分研究成果,最终恢复了该区域1960—2009年大气降水氚浓度值。据此,将所恢复的大气降水氚浓度数据作为输入值,代入到氚测年的活塞流模型和混合流模型,计算了研究区4个地下水样的年龄,并分析了氚年龄计算结果的合理性,认为所获得的年龄数据符合当地水文地质条件,这进一步证明了本文所恢复的大气降水氚浓度值较为可靠。     

成都市东区大气总悬浮颗粒物(TSP)质量浓度及其重金属分布特征

大气总悬浮颗粒物(TSP)中的重金属污染物具有不可降解性,可经由干湿沉降转移到地表土壤和地表水体中,通过一定的生物化学作用,进入动植物体内,严重危害人体健康。研究了成都市东区TSP质量浓度,以及颗粒物重金属元素的浓度分布特征,并对该区重金属进行了污染评价。结果表明,2015年研究区大气TSP的年平均浓度为0.219 9mg/m3,略超过国家二级标准规定的年均浓度限值。研究区TSP平均质量浓度的变化为冬季春季秋季夏季,呈现明显的季节变化。富集因子分析表明,TSP中重金属Pb、Zn、Cd、Cr、Ni、Cu富集程度不一,其中Cd、Cu、Zn和Pb元素人为来源明显。     

不同季风时节北京近地面大气颗粒物中7Be和POPs的变化

2009年8月至2010年7月在东亚季风区中纬度城市北京连续一年以每周3天的时间尺度同步采集近地面大气中气溶胶样品并测定了宇宙射线成因核素7Be 和8种有机氯农药（OCPs）、7种多氯联苯（PCBs）的浓度。7Be浓度全年平均值为（8.39±0.49） mBq/m^3,显著高于欧洲地区具有相同纬度的城市。最高值出现在9月（15.64 mBq/m^3）,最低值出现在5月（1.35 mBq/m^3）。夏季7Be浓度值较低,春、秋季浓度值较高。对大气气溶胶中7Be进行不同季风时节的比较要比季节性的比较可更好地揭示7Be的变化规律及其来源。夏季的低值与东南季风导致的多降雨气象条件有关。秋季的高值为大气环流异常所致。OCPs和PCBs总浓度（∑OCPs和∑PCBs）呈现夏季低,秋、冬季高的现象。西风和西北风为北京市大气气溶胶中POPs浓度最高的季风时节。较高氯代PCBs （PCB153和PCB180）在冬季占主导优势。较高的PCB101和PCB118可能来自北京周边的污染源。在部分时期7Be与DDTs和δ-HCH有显著的相关性,而在春季和夏季PCB-101与7Be有很好的相关性。     

CFC在中国高放废物处置库预选区地下水研究中的应用

本文介绍了地下水测年的CFC方法及其原理,并将这种方法实际应用于我国高放废物处置库预选区——甘肃北山地区的水文地质研究,结果表明,研究区内沟谷洼地浅部地下水的CFC年龄在15~26a,基岩裂隙浅部地下水多为不含CFC的老水与含CFC的新水的混合水。在描述了确定混合比方法的基础上,根据样品CFC含量计算了研究区地下水的混合比。与氚相比,CFC是目前年轻地下水测年更好的工具,具有更多的优越性。     

Krypton-85 dating of shallow aquifer in Hebei Plain

The inert gas radioactive isotope 85Kr (with a half-life of 10.74 years), due to its stable physical and chemical properties, is an ideal tracer for shallow groundwater dating. In such a dating application, first the dissolved gas is extracted from groundwater in the field, then krypton is separated from the gas sample, and finally the isotopic abundance 85Kr/Kr will be determined by an ATTA instrument. According to the atmospheric input curve of 85Kr, the 85Kr age of groundwater is determined. We conducted 85Kr analysis in three wells in Zhengding County on the plains in front of the Taihang Mountains, and made a comparison with tritium (3H) method.     

地下水年代学研究

对地下水年龄,测年方法及存在问题进行了初步分析,指出环境同位素方法是目前地下水测年中较为理想的方法。能动地＾１４Ｃ地下水测年的回顾,认为提高测年质量的关键是加强水岩作用和水动力混合影响研究,建议将测年纳入研究工作全过程。     

高盐度地下水~(14)C测年样品采集技术探讨

高盐度地下水 (卤水 ) 14 C样品采集是同位素水文地质界的一个难题。罗布泊钾矿区卤水的化学组成特征是 :平均矿化度为 35 3.5 g/L ,SO2 -4的质量浓度 4 4 .0 3g/L ,HCO-3 的质量浓度为0 .2 71g/L。为此 ,文中借鉴一般地下水 (淡水或微咸水 ) 14 C样品的采集原理 ,设计出一套真空取样装置。其操作步骤是 ,首先通过调节卤水的 pH值 ,使得水中的无机碳以CO2 气体的形式溢出 ,然后 ,导入装有NaOH与BaCl2 混合溶液的样品瓶中 ,在野外获得高盐度卤水14 C测年样品。罗布泊卤水测试结果表明 ,这一流程有效地解决了硫酸盐干扰问题 ,卤水14 C样品质量可靠。该技术可为高盐度地下水测年提供有效手段 ,对低盐度地下水14 C取样也具有重要的推广使用价值。     

古地下水定年新方法——81Kr法

由于⁸¹Kr化学性质稳定、半衰期长且在地下水运移过程中没有额外来源的优点,近年来,成为测定古老地下水年龄（10⁵~10⁶ a）的有效手段.国外对于⁸¹Kr的测定方法、地下水定年应用研究已较为深入,而国内应用⁸¹Kr作为水文地质学的研究尚处于起步阶段.本文通过对国内外⁸¹Kr应用于地下水测年的原理以及⁸¹Kr的测定方法进行总结,针对目前研究的问题进行探讨,并对今后放射性氪核素在水文地球化学中的研究进行展望,为国内对于⁸¹Kr的测定与在古地下水定年研究方面提供科学依据.     

地质年代学发展历史的简要回顾及前景

简要介绍了基于矿物封闭温度的地质热年代学, 并对多种地质年代学方法, 包括U-Pb 法、 Sm-Nd法、Rb-Sr法、Lu-Hf法、Re-Os法、40Ar /39Ar法、裂变径迹( FT) 测年、(U-Th) /He法、 TIMS铀系法、宇宙成因核素定年(包括14C法等) 和年轻地下水测年(如3H /3He法等) 进行了综合评述。探讨了国际地质年代学百年来和中国20世纪80年代中期以来的发展趋势。根据近期使用情况分析, 认为U - Pb法、40Ar /39Ar法和14C法是目前使用较多的可靠测年方法。应用于山脉隆升和地貌形成的低温热年代学方法及地下水等年轻地质体系的测年, 将是地质年代学发展的重要方向。     

测定地下水补给温度与降雨量的最新方法--惰性气体法

地下水补给温度与降雨量是重要的水文地质参数，已有的测定方法大多只能给出其相对变化。本文介绍的惰性气体法能同时求得地下水补给温度与降雨量的值，其基本原理是：利用地下水中惰性气体的平衡溶解量计算出地下水补给温度；在得到地下水补给温度的基础上，利用地下水中惰性气体的“过剩空气”量计算出降雨量。该方法主要适用于封闭条件下的深层地下水。     

浅层地下水3H-3He法测年技术在石家庄市应用研究

3H-3He测年法是利用母体3H衰变成子体3He这一对核素的衰减和累积原理实现的,它能够很好地取代氚法测年。根据石家庄地区地质和水文地质实际及原有研究基础,选取有代表性的井点取样、测试并计算了各井点浅层水年龄。计算结果与1982年的氚法测年结果对比,具有一致的变化规律,石家庄市浅层地下水年龄从北到南逐渐变大,东南部最大;滹沱河沿岸一带由于近年来黄壁庄水库每年或隔年向滹沱河放水,其浅层地下水年龄较小。总之,3H-3He测年法在石家庄市浅层地下水测年应用中取得了比较理想的结果。     

Inter-comparison exercises on dissolved gases for groundwater dating – (1) Goals of the exercise and site choice,validation of the sampling strategy

Two international inter-comparison exercises devoted to dissolved gases and isotope analyses in groundwater, used as tools for groundwater dating were organized in 2012 in France (IDES – Université Paris Sud – CNRS and OSUR – Université Rennes 1 – CNRS). The goal was to compare sampling and analytical protocols through results obtained by the community of groundwater dating laboratories. The two exercises were: GDAT1 on three supply boreholes in a homogeneous sand-aquifer of Fontainebleau (Paris Basin, France) and GDAT2 on two supply boreholes (shallow and deep) in a fractured rock aquifer in French Brittany. This two-step exercise is the first exercise which included a large number of gases and isotopes usually used in groundwater as dating tools and also permit to discuss the uncertainties related to sampling protocols issuing from each laboratory methods. The two tests allowed 31 laboratories from 14 countries to compare their protocols for both sampling and analyses. This paper presents the participants and parameters measured, and focuses on the validation of the sampling strategy. Two laboratories analyzed CFC and SF₆ samples collected at regular intervals during the sampling operations in order to verify water homogeneity. The results obtained by the two “reference” laboratories along with monitoring of field parameters showed no clear trend of gas concentration or physic-chemical properties. It can be concluded that the pumped groundwater composition remained constant during sampling. This study also shows the potential for relatively constant pumped groundwater composition from a specific well despite the complexity and/or mixing processes that may occur at a larger scale in the aquifer.