[科普中國]-地下水年齡

地下水年齡，水在含水層中停留的時(shí)間，即大氣降水或地表水從進(jìn)入地下徑流時(shí)起，到在取樣點(diǎn)（泉或井）出現(xiàn)時(shí)止，在透水巖石的裂隙和孔隙中停留的時(shí)間。但因測定方法不同，其含義也不一樣，或稱絕對年齡，或稱相對年齡，或稱有效年齡。

研究意義研究和查明地下水年齡對于地下水循環(huán)和再生過程、地下水污染速度、地殼內(nèi)水化學(xué)成分分帶性、水的成因類型和水資源評價(jià)，以及油氣田、鹽類和金屬礦床等方面無論在理論研究上，或者在實(shí)際應(yīng)用上均具有重要意義。1

計(jì)算方法水動(dòng)力學(xué)法確定地下水年齡的方法可歸并為水動(dòng)力學(xué)法和水化學(xué)法兩類，但用得較多的是水化學(xué)法。

水動(dòng)力學(xué)法 是以地下水運(yùn)動(dòng)和地下徑流形成規(guī)律為基礎(chǔ)，研究含水層（組）的地質(zhì)、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)、滲透性、靜水壓力、流動(dòng)速度和方向，補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)的分布和規(guī)模等，計(jì)算出含水層（組）中地下水的儲存量、補(bǔ)給量，以及水交替強(qiáng)度等，從而評價(jià)地下水年齡。

水化學(xué)法水化學(xué)法，是以巖石內(nèi)長壽命的同位素經(jīng)衰變后形成的新物質(zhì)在地下水中的數(shù)量來判斷地下水所經(jīng)歷的時(shí)間，來確定地下水年齡，或以宇宙成因的短壽命同位素隨大氣降水滲入地下，經(jīng)衰變后減少的數(shù)量判斷地下水所經(jīng)歷的時(shí)間來確定地下水年齡。水化學(xué)法實(shí)質(zhì)上為放射性同位素法。用得較多的有氦法、氦氬法、氬法以及氚法、碳－14法等，前三種方法使用的組分均為惰性氣體，故又可稱為惰性氣體法。不同形成條件的地下水，測定年齡的方法不同。

惰性氣體法惰性氣體法測定的年齡較長，適用于測定古封存水和深層地下水的年齡。氦法的理論依據(jù)是：氦是由放射性元素鈾、釷衰變而成的，氦在水中的聚集速度是常數(shù)，其聚集量與時(shí)間成正比，在采用巖石放射性鈾、釷平均含量、氦從巖石向水中的逸出系數(shù)和在水中的擴(kuò)散損失系數(shù)等參數(shù)基礎(chǔ)上建立了水年齡的氦法計(jì)算公式。后來又將氦法發(fā)展為氦氬法和氬法。由于不同學(xué)者在選擇基本參數(shù)時(shí)采用了不同的數(shù)值，故用同一氦、氬測量值計(jì)算得出的水年齡值是不同的。惰性氣體法的缺點(diǎn)不僅在于基本參數(shù)的選擇存在很大的主觀性，而且在地質(zhì)發(fā)展歷史過程中水文地質(zhì)動(dòng)力系統(tǒng)的變化可引起氦、氬比值的變化，從而導(dǎo)致計(jì)算出的水年齡失真。

氚 （3H）法僅能確定50年以內(nèi)的水年齡。3H半衰期值為12.26年，衰變時(shí)放出β射線并變?yōu)榉€(wěn)定同位素3He，量度單位為TU（相當(dāng)于1018個(gè)氫原子中含有一個(gè)氚原子，亦相當(dāng)于1升水中每分鐘有7.2次蛻變）。將地下水中 3H的測量值與大氣降水中的 3H含量（以1954年以前氚的平均含量為標(biāo)準(zhǔn)，即等于5～10TU）比較確定年齡，若地下水中氚含量小于5～10TU，則水是1954年前形成的；若大于5～10TU，則水是1954年后形成的。因1954年后的核爆炸使大氣層中氚含量猛增，1962年增高到6000TU，1963年后緩慢地下降，現(xiàn)今仍保持在100～200TU之間。

碳－14法是根據(jù)地下水中含碳物質(zhì)（如碳酸鹽離子、二氧化碳和烴類氣體等）中14C的減少程度來計(jì)算地下水年齡。14C的半衰期為5760年，碳－14法能測定的最大年齡約為4～5萬年，由于14C以組分形式存在于水中，水與圍巖、水中組分之間均要發(fā)生置換、吸收、沉淀等作用，均能使14C損耗，以致計(jì)算的水年齡值與水的實(shí)際年齡值產(chǎn)生偏差。

現(xiàn)正在探索試用的還有 10Be、36CI、32Si、85Kr等測定地下水年齡的方法。

水化學(xué)法測定的地下水年齡具有一定的相對性和平均性，并非水的真實(shí)年齡。使用不同方法計(jì)算出的水年齡值不一定是相同的，而且與水的真實(shí)年齡總會存在偏差，有時(shí)甚至?xí)贸鲥e(cuò)誤的結(jié)論。因此，水化學(xué)法測定地下水年齡的研究，現(xiàn)今仍處于探索和發(fā)展的階段。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

楊剛 - 教授 - 西南大學(xué)