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利用同位素技术研究地下水的起源与形成过程

来源：时间：2022-12-06 09:44:48 浏览：1841次

每一种元素，原子核中的质子数是一定的，此质子数即为该元素的原子序数。原子的质量数（原子量）以其核中质子数及中子数的总和表示。某一种元素，具有原子序数相同而原子量不同（由中子数不同引起）的几种原子，这便是该元素的同位素。

自然界的元素有多种同位素，例如氧有3种天然同位素，即16O、17O、18O，氢也有3种天然同位素：1H、2H（D）和3H（T）。同位素分为放射性同位素及稳定性同位素，14C、3H等是放射性同位素，12C、13C、1H、2H、16O、17O、18O等为稳定同位素。

在地下水研究中，可利用放射性环境同位素测定地下水的年龄。其原理是：放射性同位素处于不断衰变中，衰变速度不依温度、压力或元素的化学组成的状态而变化，一种放射性元素的半衰期是一个常数，据此可以测定地下水的年龄。常用测定地下水年龄的放射性同位素有：14C、3H等。

利用稳定性同位素可以研究地下水的起源与形成过程，因为同一元素的同位素，由于其质量有一定的差别，故其原子或化合物的活动性也有所不同，从而使轻的与重的同位素在某些物理变化过程（如蒸发、凝结、扩散等）及化学反应中发生分异。天然水在凝聚和蒸发过程中，由于同位素的分馏作用，在气液相中氢、氧重同位素含量不同。因此，可以根据水的同位素组成来进行多方面的研究。稳定同位素的组成测定结果用δ值来表示，δ值定义为：

现代水文地质学

式中：δx为样品的δ值，Rstd为比较标准的同位素比值，Rx=（D/H）x或（18O/16O）x。Rx比值的分子始终是重同位素，分母是轻同位素。因此，δ值是用千分数表示的样品和标准的同位素比值的相对差。

由于陆地地形、温度等的变化，降水中的D和18O含量变化幅度较大。一般降水中的D和18O含量随海拔高度的增加而下降；重同位素的含量大致与气温成正比。①降水中的D和18O含量随纬度增加而减少，这是由于年平均气温下降而导致的，称为“纬度效应”；②降水中的D和18O含量由海岸向大陆方向下降，这就是“陆地效应”。

一般认为，地下水的同位素组成应与其补给源一致，由降水补给的地下水，其同位素组成应该与降水一致。地下水在渗流过程中的同位素分馏是可以忽略的，因此，可以利用地下水中的同位素进行补给来源的分析

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