五大連池藥泉山地區(qū)氡礦泉水賦存特征及形成機(jī)制分析

孟立志 劉 玉

（黑龍江省第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，黑龍江 哈爾濱 150030）

1 五大連池氡礦泉水資源概述

五大連池是我國首批世界地質(zhì)公園之一。園區(qū)內(nèi)礦泉水資源豐富，其中就包括氡礦泉水資源。根據(jù)已有鉆孔資料，氡礦泉水主要分布在園區(qū)內(nèi)藥泉山地區(qū)。按照出露形式，分為地表和地下兩大部分。地表部分包括南飲泉、北飲泉、龍泉村泉和東興村泉共計(jì)4處天然氡礦泉，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，局部最高可達(dá)1363.0Bq/l。歸根結(jié)底，地表4處氡礦泉均由地下氡礦泉水通過斷裂構(gòu)造最終溢出于地表形成。

2 賦存特征

2.1 水平賦存特征

出露于地表的4處氡礦泉全部分布在藥泉山東南部，沿著藥泉山北西向斷裂呈線狀分布。地下氡礦泉水由于藥泉山北東向壓性斷裂隔水?dāng)嗔训拇嬖?，使其分成南、北兩個(gè)獨(dú)立的區(qū)域。北部氡礦泉水集中在藥泉湖北端。南部氡礦泉水分布在龍泉村附近。

2.2 垂直賦存特征

藥泉湖北端的氡礦泉水賦存于地下120m深的花崗巖裂隙承壓含水層中。從垂直方向上，氡含量隨著深度的增加而增加，在160m處為1150.66 Bq/l，在195m處為1362.93 Bq/l。通過現(xiàn)場氡測量，該處地表泉水氡含量僅為11.36 Bq/l。由此可知，該處沒有斷裂溝通上下含水層，氡礦泉水完全處于封閉環(huán)境中。龍泉村附近氡礦泉水賦存于地下70m深的變質(zhì)巖及花崗巖裂隙承壓含水層中。氡含量隨著深度的增加而呈現(xiàn)出高～低～高的變化規(guī)律，在地下120m處氡含量為986.05 Bq/l；在160m處為923.33 Bq/l；在190m處為966.33 Bq/l。但是從整體上看，氡含量變化幅度不大。龍泉村處于藥泉山——筆架山北西向張性斷裂帶上，因此地下的氡礦泉水在壓力作用下能夠溢出地表，形成氡礦泉，例如龍泉村泉氡含量達(dá)40.5 Bq/l。

圖1 氡礦泉水形成示意圖

3 氡礦泉形成機(jī)制分析

3.1 氡的來源

自然界中，氡是放射性物質(zhì)鐳的衰變產(chǎn)物，而鐳是放射性物質(zhì)鈾的產(chǎn)物，因此鈾是氡氣的最終來源[2]。氡是自然界中唯一的天然放射性惰性氣體，無色無味，半衰期為3.825天。在一定空間中，氡和鐳能夠逐漸達(dá)到放射性平衡。影響巖石產(chǎn)生氡氣能力的大小取決于巖石的射氣系數(shù)。自然界中，含量最大的氡礦泉水見于鈾礦床氧化帶中（達(dá)185000Bq/l）；其次為次生富集鐳的巖石裂隙中（7400～11100Bq/l）。在具有正常鈾含量的酸性巖漿巖中的射氣系數(shù)較大，鈾含量較高，而沉積巖及變質(zhì)巖的射氣系數(shù)較小，鈾含量較低[3]。通過鉆孔放射性測井也表明，五大連池藥泉山地區(qū)地下廣泛發(fā)育印之期花崗巖，由此推測該期花崗巖是氡氣的穩(wěn)定來源。

3.2 水氣混溶

氡作為一種放射性氣體，自巖石進(jìn)入地下水服從氣體擴(kuò)散定律。氡在地下水中的濃度受巖石射氣系數(shù)、壓力、溫度影響，與水的化學(xué)成分無關(guān)。巖石中氡射氣系數(shù)越大，釋放出的氡越多，因此水中的氡含量越高。根據(jù)亨利定律可知，相同條件下，溫度越高，氡在水中的溶解度越低；壓力越大，氡在水中的溶解度越大。氡自形成之后便從礦物中向外擴(kuò)散附著于巖石裂隙、孔隙表面。如果沒有裂隙溝通，則氡氣只能在鐳元素的外圍形成一圈氡氣層，或占據(jù)鐳的位置，不能進(jìn)入地下水。幸運(yùn)的是，工作區(qū)地下的花崗巖存在不同程度的風(fēng)化殼或是構(gòu)造裂隙，使花崗巖形成程度不等的破碎帶，為氡氣逃離母巖的吸附進(jìn)入地下水提供了有利條件。氡氣溶于地下水，形成氡礦泉水，并隨著地下徑流運(yùn)移到遠(yuǎn)處或是溢出地表，運(yùn)移距離與氡含量高低和地下水流速快慢有關(guān)。賦存在花崗巖或是變質(zhì)巖中的氡礦泉水遇到有斷裂溝通上下含水層的地方，在水頭壓力作用下會(huì)溢出地表形成氡礦泉，例如南飲泉、北飲泉、龍泉村泉和東興村泉。氡礦泉形成原理如圖1所示。

結(jié)語

五大連池藥泉山地區(qū)氡礦泉水中氡是由花崗巖中的鈾衰變成鐳，再由鐳進(jìn)一步衰變最終形成氡氣。氡氣通過水氣混溶作用溶入地下水形成氡礦泉水，并在由斷裂的地方溢出地表形成氡礦泉。當(dāng)然，關(guān)于氡氣的來源和氡礦泉水的形成機(jī)制尚需近一步研究。

[1]王云鵬，劉恩常，熊紹禮等. 五大連池地區(qū)礦水水文地質(zhì)普查報(bào)告[C].黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)局.1976年.

[2]李學(xué)禮.水文地球化學(xué)[M].北京：原子能出版社，1982年：60-61.

[3]劉漢彬，談成龍.區(qū)域上氡的變化：基底巖石中微量元素地球化學(xué)對氡釋放率的影響[j].世界核地質(zhì)科學(xué)，2003，20(04)：232-235.

[4]吳敬炳.氡在巖石中的存在特點(diǎn)[j].華東理工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1971，1：56-62.