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内蒙古河套平原地下水中放射性核素(U系和Th系)的水文地球化学特征

赵威光  
【摘要】:由于放射性核素具有致癌、致畸等危害,天然地下水中的放射性核素(U、Ra、Rn)对人类健康的风险越来越受到重视。在中国北方,地下水作为重要的饮用水源,对该类地下水中放射性核素的研究尤为重要。本论文选择内蒙古河套盆地作为研究对象,深入研究了河套盆地地下水中放射性核素分布规律,探讨了放射性核素在地下水中的水文地球化学过程,具有重要的理论和实际意义。论文取得的主要认识如下。(1)研究区40.3%的地下水样品中的U含量超过了WHO要求的30μg/L建议指导线。这些U含量超标的水样主要集中在山前洪积扇区和部分运移过渡区。45%水样中Rn的活度超出美国环境保护署建议的饮用水中11.1 Bq/L的指导线,且主要存在于山前洪积扇区。此外,尽管从山前到平原区,Ra活度呈升高的趋势,但Ra核素不超出美国环境保护署建议的Ra-228+Ra-226=0.185 mBq/L指导线。(2)地下水中的U主要受氧化还原条件的控制。基岩中含U的矿物以及沉积物中U在强氧化条件下,以U(Ⅵ)的形式与地下水中的HCO3-结合形成络阴离子进入地下水中;当地下水的氧化性降低,U(VI)还原为U(Ⅳ)的形式,被以UO2的形式固定。因此,在强氧化性的山前洪积扇区和次氧化的运移过渡区,地下水中U含量较高,在平原还原区地下水U含量较低。(3)地下水中Ra核素不仅受母核(Ra-224来源于Th-228、Ra-228来源于Th-232、Ra-226来源于Th-232)衰变的影响,还受水文地球化学条件的控制。在山前洪积扇区,地下水中Ra核素主要受沉积物中母核衰变来源,同时在该区域低TDS和强氧化条件下,地下水中的Ra核素易被沉积物吸附固定。在运移过渡区和平原还原区,地下水中Ra核素主要来源于沉积物中母核的衰变、含Ra硫酸盐矿物的溶解、含Ra铁锰氧化矿物的还原释放、阳离子交换作用促进Ra进入地下水,同时受自身衰变、被含水层附近沉积物固定的共同作用。(4)地下水中Rn-222主要来源于含水层沉积物中Ra-226的衰变。在靠近基岩的山前洪积扇区域,基岩中含有大量的Ra-226,同时地下水中的U衰变产生的Ra-226也被固定在该区沉积物中,在该区域大部分地下水中Rn-222的活度超过建议指导线;在运移过渡区,地下水中被固定的U产生额外的Ra-226,但水化学条件使沉积物中Ra-226释放,所以在该区地下水中Rn-222活度比山前洪积扇区低;在平原还原区,地下水中不含有U,含水层中没有额外的Ra-226的来源,且在沉积物中Ra-226受水化学条件作用被释放进入地下水中,导致产生的Rn-222减少,所以在该区地下水中Rn-222的活度最低。


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