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利用同位素技術(shù)研究地下水的起源與形成過程

來源：時(shí)間：2022-12-06 09:44:48 瀏覽：2868次

每一種元素，原子核中的質(zhì)子數(shù)是一定的，此質(zhì)子數(shù)即為該元素的原子序數(shù)。原子的質(zhì)量數(shù)（原子量）以其核中質(zhì)子數(shù)及中子數(shù)的總和表示。某一種元素，具有原子序數(shù)相同而原子量不同（由中子數(shù)不同引起）的幾種原子，這便是該元素的同位素。

自然界的元素有多種同位素，例如氧有3種天然同位素，即16O、17O、18O，氫也有3種天然同位素：1H、2H（D）和3H（T）。同位素分為放射性同位素及穩(wěn)定性同位素，14C、3H等是放射性同位素，12C、13C、1H、2H、16O、17O、18O等為穩(wěn)定同位素。

在地下水研究中，可利用放射性環(huán)境同位素測(cè)定地下水的年齡。其原理是：放射性同位素處于不斷衰變中，衰變速度不依溫度、壓力或元素的化學(xué)組成的狀態(tài)而變化，一種放射性元素的半衰期是一個(gè)常數(shù)，據(jù)此可以測(cè)定地下水的年齡。常用測(cè)定地下水年齡的放射性同位素有：14C、3H等。

利用穩(wěn)定性同位素可以研究地下水的起源與形成過程，因?yàn)橥辉氐耐凰兀捎谄滟|(zhì)量有一定的差別，故其原子或化合物的活動(dòng)性也有所不同，從而使輕的與重的同位素在某些物理變化過程（如蒸發(fā)、凝結(jié)、擴(kuò)散等）及化學(xué)反應(yīng)中發(fā)生分異。天然水在凝聚和蒸發(fā)過程中，由于同位素的分餾作用，在氣液相中氫、氧重同位素含量不同。因此，可以根據(jù)水的同位素組成來進(jìn)行多方面的研究。穩(wěn)定同位素的組成測(cè)定結(jié)果用δ值來表示，δ值定義為：

現(xiàn)代水文地質(zhì)學(xué)

式中：δx為樣品的δ值，Rstd為比較標(biāo)準(zhǔn)的同位素比值，Rx=（D/H）x或（18O/16O）x。Rx比值的分子始終是重同位素，分母是輕同位素。因此，δ值是用千分?jǐn)?shù)表示的樣品和標(biāo)準(zhǔn)的同位素比值的相對(duì)差。

由于陸地地形、溫度等的變化，降水中的D和18O含量變化幅度較大。一般降水中的D和18O含量隨海拔高度的增加而下降；重同位素的含量大致與氣溫成正比。①降水中的D和18O含量隨緯度增加而減少，這是由于年平均氣溫下降而導(dǎo)致的，稱為“緯度效應(yīng)”；②降水中的D和18O含量由海岸向大陸方向下降，這就是“陸地效應(yīng)”。

一般認(rèn)為，地下水的同位素組成應(yīng)與其補(bǔ)給源一致，由降水補(bǔ)給的地下水，其同位素組成應(yīng)該與降水一致。地下水在滲流過程中的同位素分餾是可以忽略的，因此，可以利用地下水中的同位素進(jìn)行補(bǔ)給來源的分析

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