五大连池药泉山地区氡矿泉水赋存特征及形成机制分析

2013-11-16孟立志

中国新技术新产品 2013年19期

孟立志刘玉

（黑龙江省第二水文地质工程地质勘察院，黑龙江哈尔滨 150030）

1 五大连池氡矿泉水资源概述

五大连池是我国首批世界地质公园之一。园区内矿泉水资源丰富，其中就包括氡矿泉水资源。根据已有钻孔资料，氡矿泉水主要分布在园区内药泉山地区。按照出露形式，分为地表和地下两大部分。地表部分包括南饮泉、北饮泉、龙泉村泉和东兴村泉共计4处天然氡矿泉，氡含量介于37.5-55.3Bq/l。地下部分氡含量普遍比地表高，含量介于41.8-240.0 Bq/l，局部最高可达1363.0Bq/l。归根结底，地表4处氡矿泉均由地下氡矿泉水通过断裂构造最终溢出于地表形成。

2 赋存特征

2.1 水平赋存特征

出露于地表的4处氡矿泉全部分布在药泉山东南部，沿着药泉山北西向断裂呈线状分布。地下氡矿泉水由于药泉山北东向压性断裂隔水断裂的存在，使其分成南、北两个独立的区域。北部氡矿泉水集中在药泉湖北端。南部氡矿泉水分布在龙泉村附近。

2.2 垂直赋存特征

药泉湖北端的氡矿泉水赋存于地下120m深的花岗岩裂隙承压含水层中。从垂直方向上，氡含量随着深度的增加而增加，在160m处为1150.66 Bq/l，在195m处为1362.93 Bq/l。通过现场氡测量，该处地表泉水氡含量仅为11.36 Bq/l。由此可知，该处没有断裂沟通上下含水层，氡矿泉水完全处于封闭环境中。龙泉村附近氡矿泉水赋存于地下70m深的变质岩及花岗岩裂隙承压含水层中。氡含量随着深度的增加而呈现出高～低～高的变化规律，在地下120m处氡含量为986.05 Bq/l；在160m处为923.33 Bq/l；在190m处为966.33 Bq/l。但是从整体上看，氡含量变化幅度不大。龙泉村处于药泉山——笔架山北西向张性断裂带上，因此地下的氡矿泉水在压力作用下能够溢出地表，形成氡矿泉，例如龙泉村泉氡含量达40.5 Bq/l。

图1 氡矿泉水形成示意图

3 氡矿泉形成机制分析

3.1 氡的来源

自然界中，氡是放射性物质镭的衰变产物，而镭是放射性物质铀的产物，因此铀是氡气的最终来源[2]。氡是自然界中唯一的天然放射性惰性气体，无色无味，半衰期为3.825天。在一定空间中，氡和镭能够逐渐达到放射性平衡。影响岩石产生氡气能力的大小取决于岩石的射气系数。自然界中，含量最大的氡矿泉水见于铀矿床氧化带中（达185000Bq/l）；其次为次生富集镭的岩石裂隙中（7400～11100Bq/l）。在具有正常铀含量的酸性岩浆岩中的射气系数较大，铀含量较高，而沉积岩及变质岩的射气系数较小，铀含量较低[3]。通过钻孔放射性测井也表明，五大连池药泉山地区地下广泛发育印之期花岗岩，由此推测该期花岗岩是氡气的稳定来源。

3.2 水气混溶

氡作为一种放射性气体，自岩石进入地下水服从气体扩散定律。氡在地下水中的浓度受岩石射气系数、压力、温度影响，与水的化学成分无关。岩石中氡射气系数越大，释放出的氡越多，因此水中的氡含量越高。根据亨利定律可知，相同条件下，温度越高，氡在水中的溶解度越低；压力越大，氡在水中的溶解度越大。氡自形成之后便从矿物中向外扩散附着于岩石裂隙、孔隙表面。如果没有裂隙沟通，则氡气只能在镭元素的外围形成一圈氡气层，或占据镭的位置，不能进入地下水。幸运的是，工作区地下的花岗岩存在不同程度的风化壳或是构造裂隙，使花岗岩形成程度不等的破碎带，为氡气逃离母岩的吸附进入地下水提供了有利条件。氡气溶于地下水，形成氡矿泉水，并随着地下径流运移到远处或是溢出地表，运移距离与氡含量高低和地下水流速快慢有关。赋存在花岗岩或是变质岩中的氡矿泉水遇到有断裂沟通上下含水层的地方，在水头压力作用下会溢出地表形成氡矿泉，例如南饮泉、北饮泉、龙泉村泉和东兴村泉。氡矿泉形成原理如图1所示。