高放废物处置库天然类比及其有关的地球化学问题

介绍了高放废物处置库天然类比研究的主要内容,重点阐述了类比研究中涉及的地球化学问题,包括核素溶解度和化学形态研究、核素迁移速率研究、核素迁移影响因素研究,并总结相关问题研究取得的成果和认识.     

青藏高原的剥蚀与构造抬升*

利用宇宙成因核素¹⁰ Be和²⁶ Al对西昆仑和可可西里北部地表基岩的剥蚀速率进行了测定,得到的结果是:西昆仑的平均剥蚀速率为12m/Ma, 可可西里北部的平均剥蚀速率为15m/Ma。裂变径迹和宇宙成因核素这两种手段所得到的平均剥蚀速率的时间尺度是不同的,前者得到的是几个至数十百万年的平均剥蚀速率,而后者得到的是十几至几十万年的平均剥蚀速率。比较通过这两种手段得到的青藏高原北部和中部的平均剥蚀速率可以发现其平均剥蚀速率从20Ma以来的100m/Ma以上减少到了最近几十万年以来的10m/Ma,我们认为这一剥蚀速率下降的趋势反映了青藏高原从中新世到第四纪晚期构造活动的减弱,据此推断青藏高原北部和中部的隆升应该主要发生在第四纪晚期之前,而不是在最近的几十万年。     

现代侵蚀作用核素示踪研究新进展

利用放射性核素示踪环境地球化学过程是国际地球科学的前缘课题。介绍了利用宇宙线成因的短寿命散落核素⁷Be示踪土壤季节性侵蚀及其与湖泊沉积耦合关系的最新研究进展;证实了利用核爆炸散落核素¹³⁷Cs示踪累计性土壤侵蚀和沉积计年的可靠性;阐述了²²⁶Ra和²²⁸Ra在土壤中比活度的形态变化分异具有很好的侵蚀－堆积示踪价值;揭示了在不同生物化学条件下,²¹⁰Pb的行为特征和影响因素,并将²¹⁰Pb_ex示踪碳酸盐岩区域土壤侵蚀速率结果与湖泊沉积速率相耦合,证明了利用²¹⁰Pb示踪土壤侵蚀的可行性。     

近海核电厂核素地下水释放通量的模型计算方法

为了定量计算陵区近海核电站排水管线泄漏情景下核素通过地下水途径向海洋环境的释放通量，以某近海核电站为例进行研究。首先，应用GOCAD软件建立三维地形地质模型，刻画地层的分布、剥蚀以及倾向等特点；然后，运用地下水数值模拟软件FEFLOW精细刻画丘陵区地下水系统的补给、径流和排泄特征；最后，以不被吸附滞留的核素³H和被吸附滞留的核素⁹⁰Sr、¹³⁷Cs为对象，通过实验测定了⁹⁰Sr、¹³⁷Cs在不同岩土介质中的分配系数，模拟计算了排水管线连续渗漏60 a后³H、⁹⁰Sr、¹³⁷Cs在地下水中的放射性分布及释放。结果表明：³H迁移速度基本与地下水流速一致，地下水中的最大放射性浓度为0.285 0 Bq/L，第20 000天时向收纳水域的释放通量达到最大值，约526 Bq/d；⁹⁰Sr吸附性能相对较弱，最大迁移距离约80 m，地下水中的最大放射性浓度为0.032 1 Bq/L；¹³⁷Cs吸附能力较强，相当长的时间内被滞留在管线附近，地下水中最大放射性浓度分别为6.840×10^-3 Bq/L，释放通量为0 Bq/d。由弥散度的不确定分析可知，弥散度越大，地下水中³H的最大放射性浓度越小，向海洋环境的释放通量越多。     

地磁场强度变化对暴露年代测定的影响及校正

在103-105a的尺度上,地磁场强度变化是影响陆地宇生核素生成速率的主要因素,其影响程度取决于样品的地理位置和暴露时间。根据已有的磁场古强度数据,模拟200 ka以来海拔2 km、25°N和40°N的地表10Be生成速率的变化,进而分析地表宇生核素生成速率变化对岩石暴露年代测定的影响及其模式年龄的校正。校正磁场强度变化后,海拔2 km、25°N上,50-200 ka的模式年龄可被压缩14%~19%,大于1σ的误差,相同海拔40°N上的模式年龄可减小约8%。对中低纬两组模式年龄的校正充分证明,磁场强度引起的陆地宇生核素生成速率变化是暴露年代测定中主要误差源之一,尤其在低纬高海拔地区这一影响更不容忽视。     

处置单元核素135Cs迁移数值模拟研究

根据高放废物地质处置库概念设计,以北山花岗岩为参考岩性,内蒙古高庙子膨润土为参考缓冲材料,使用数值模拟软件tough2对放射性核素¹³⁵Cs在处置单元及其围岩中的迁移行为进行了数值模拟研究,考虑放射性核素衰变释热对核素迁移的影响。研究表明:膨润土对核素具有较强的滞留作用,模拟200000年后核素在花岗岩中迁移了1 m左右,且峰值为10-6个数量级;前10 a模型的温度变化最剧烈且温差最大,10 a后模型整体温度开始降低,2 000 a后整体温度接近于初始温度;温度的变化会引起核素迁移速率的改变,但总体温度对核素迁移的影响不大。     

活动构造研究中相关速率的原地宇宙成因核素年代学约束

活动构造研究中获得的相关速率是解释活动构造运动方式和幅度的重要基础,同时也能够提供检验和建立有关运动学和动力学模型的必要参数。原地宇宙成因核素年代学是近几十年来随着加速质谱的出现而逐渐发展并不断广泛应用于地学,特别是地表过程以及活动构造研究中来的。由于仪器测试费用高以及处理流程比较复杂,国内早期相关研究没有得以广泛开展,然而目前正呈现逐渐升温的趋势。在样品采集以及精细野外地质调查测量的基础上,活动构造研究中的活动断裂运动速率,活动构造区的河流水系侵蚀下切速率以及古地震事件,活动火山喷发事件等均可以通过原地宇宙成因核素年代学定量约束。文中在概述原地宇宙成因核素年代学基本原理的基础上,总结了国内外有关该年代学在活动构造研究应用中的最新成果和资料,重点介绍了基于原地宇宙成因核素年代学方法获取和解释活动构造研究中相关速率的成果     

大洋表层水中^226Ra的分布

采用碳酸盐富集-EDTA纯化-Ba(Ra)SO4制源-α计数法,测定了我国第13,14次南极科学考察期间,从西太平洋、南大西洋和东印度洋采集的16个表层水样中的226Ra比活度.测定结果表明,表层水中溶解态226Ra的比活度范围西太平洋为0.46-0.95Bq@m-3,平均值为0.66Bq@m-3;东印度洋为0.56-1.27Bq@m-3,平均值为0.81Bq@m-3;南大西洋为1.17-1.63Bq@m-3,平均值为1.45Bq@m-3.还测定了上述海域5个表层水样中颗粒态226Ra比活度为0.006-0.030Bq@m-3,颗粒态226Ra很低,只占溶解态的1.0%-2.6%,说明226Ra主要以溶解态形式存在于上述洋区.测定结果还表明,52°S以南离南极较近的测站226Ra比活度较高,特别是60°S以南的南大洋海域,226Ra比活度更高,与其他作者的测定结果一致.     

宇宙成因核素10^Be、26^Al：原理及其地学应用

摘要：随着加速器质谱的出现,宇宙成因核素展示了其在地球科学应用中的生命力。介绍了宇宙成因核素10^Be、26^Al的生成、示踪原理及近年来在地学中的应用。宇宙成因核素是宇宙射线粒子（包括原生和次生粒子）与大气及岩石发生核反应所生成的新核素,其生成量可用已知物理过程定量描述。大气生成宇宙成因核素在考古、古环境及地球各圈层的相互作用方面得到了广泛的应用,原地生成宇宙成因核素则在地貌学研究中扮演着重要的角色,成为一门新的实验技术。定量地描述地表的暴露历史和侵蚀速率,在解决许多地质问题中成为最重要的手段。