地下水3H-3He测年技术
中国地质科学院水文地质环境地质研究所 陈宗宇

 

    

  1、 基本概念解释

  3H-3He测年方法原理是利用母体 衰变成子体 这一对核素的衰变与积累来计算地下水年龄。当雨水入渗到地下与大气隔绝时,认为是时间起点,由于地下水进入地下是以垂直通过土壤或随地下水流水平运动,氚将衰变成3He,通过测试3He/3H比值,可以计算水与大气隔绝的时间:

  

   式中λ是衰变常数(ln2/t1/2,0.05626),t1/2是氚的半衰期(12.32年),3He是氚成因的氦,使用该方程假设系统是封闭体系(氦不逸出),水流为活塞流(不存在水动力弥散)。该方法最适用于地下水年龄小于30年的测年,可信度在±3年。


  2、优点:
  ① 在平均条件下(包气带厚度适中、有限的氦来源等),此方法精度较高。
  ② 数据可以用于3H-3He测年,也可以用于3H法测年。
  ③ 这种方法可以应用很长时间,也就是说,其有效性在将来不会降低。
  ④ 不需要初始输入数据,对于很多测年方法来讲这个参数是最基础的,也是有问题的。

  3、缺点:
  ① 取样与测试费用昂贵,并且大多数实验室缺乏相应的分析设备;
  ② 从氦中分离出氚成因的氦比较困难;
  ③ 此方法对于过量空气非常敏感;
  ④ 取得的年龄不包括在包气带中的运移时间。

  4、国外应用情况
  自1990年以来,3H-3He测年方法得到了广泛的应用,特别是在与其它方法如CFCs和85Kr的互相结合方面。很多国外的学者均进行了实例的研究,包括Schlosser等(1988)在西德Liedern/Bocholt地区进行了浅层地下水的3H-3He年龄研究;Ekwurzel等(1994)对美国Delmarva半岛大西洋滨海平原沉积潜水含水层进行了研究;Szabo等(1996)对新泽西州滨海平原南部地区Kirkwood-Cohnasey含水层系统进行了调查;Nativ等(1997)在土耳其安塔利亚高原的研究;Johnston等(1998)等在加拿大沃特卢冰渍地区的研究;Aeschbach-Hertig等(1998)对纽约城西北地区裂隙含水层进行了测年研究;Beyerle等(1999)对瑞士东部地区Toss河岸堤向Linsental含水层的入渗补给研究;Selaolo等(2000)在东喀拉哈里地区的研究; Plummer等(2001)在美国维吉尼亚州Shenandoah国家公园进行的研究; Price(2003)对佛罗里达南部Everglades国家公园表层含水系统进行了研究;Katz(2004)在佛罗里达喀斯特泉进行的工作;Corcho Alvardo等(2005)对丹麦Funen岛进行的研究等等。

  (上述文字由卫文主要参考GHOLAM A. KAZEMI 主编的《GROUNDWATER AGE》一书整理,详细了解请参见原文)。


 
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