核环境监测与评价 第6章 放射性物质在岩石、土壤和地下水中的行为.ppt

第6章 放射性物质在岩石、土壤和地下水中的行为 6.1 岩石、土壤和地下水系统 6.1.1 岩石 1、岩石的成因和分类 岩石按成因可分为岩浆岩、变质岩、沉积岩。 岩浆岩：岩浆冷凝固化形成的岩石。分成：侵入岩、火山岩、浅成岩；按岩石中的硅含量的不同，可分为基性岩、中性岩和酸性岩等。 变质岩：地壳构造循环中产生的热量、压力及化学活性流体，可改变原有岩石的矿物成分和结构，从而形成新的变质。如页岩、砂岩、砾岩、灰岩等 沉积岩：沉积物经水的运移、沉积后，因其自然胶结、压实等岩化机制而形成的岩石。如板岩、片岩、大理岩等。 2、岩石中放射性核素的来源和分布 天然放射性核素： 自地球形成，地壳中就含有原生放射性核素，它们的半衰期可与地球的年龄相比较，主要的原生放射性核素有40K、232Th、238U，次要的有87Rb、235U等。 各类岩石因结构和矿物成分的差异，原生放射性核素的含量有明显的不同。一般情况下，酸性岩铀、钍含量较高，基性岩浆岩铀、钍含量较低。同一类型的花岗岩中，成岩年代愈近，铀、钍含量愈高。 除原生放射性核素外，岩石中还含有某些宇生放射性核素如14C、3H及重核裂变产物如95Zr、137Cs、90Sr、131I等。 6.1.2 土壤 1、土壤的性质和分类 土壤一般指基岩层以上有植物生长的疏松物层，它以不连续的状态覆盖于地球表面。 它的基本成分是岩石与水循环系统之间长期风化作用形成的风化状岩石物质。土壤组成主要有矿物质、水、空气和有机质。 土壤的分类按其无机矿物组分中砂粒、粉砂粒及粘粒组成不同可分为砂土、壤土、粘土。 2、土壤中放射性核素 天然放射性核素： 40K、232Th、238U等。 人工放射性核： 137Cs、134Cs、90Sr、106Ru、240Pu等，其中137Cs、 90Sr对土壤长期污染的贡献最大（TSr-90=28.8a, TCs-137=30.17a）。 6.1.3 地下水 1、地下水的埋藏条件与分类 地下水面下岩土孔隙完全被水充满的地带为饱水带、地下水面以上的地带为包气带，地下水亦可相应地分为包气带水和饱水带水。 饱水带水中的地下水不受岩土的束缚而处于自由状态，能在重力作用下自由流动，并可传递静水压力，又称为重力水。重力地下水按其埋藏条件又可分为上层带水、潜水及承压水。 3、地下水运动的基本规律 地下水在地层介质孔隙中的流动称为渗流。根据流量、孔隙度、孔径的不同，地下水可能呈现层流或紊流(湍流)两种流动状态。 1）达西定律 一维系统中，地下水流动的通量为： 式中的负号表示地下水由高水压向低水压处流动；渗透系数K与介质的孔隙度有关，也与地下水的粘滞度及密度有关。 在潜水及承压水等饱水流动条件下，K值为常数； 在包气带中非饱水流动条件下，K值因土壤水吸力的不同而有所变化。 为水压梯度 饱水流动条件下，当地下水全部流程中水压梯度保持不变时，上式可改写为： 2）地下水的渗流速度 地下水流横截面积W指含水地层的过水面积，包括地层介质与孔隙所占面积之和，地下水流的实际过水面积W’仅是空隙所占的面积： W’ = W× 地下水在孔隙中的实际流速为： 为介质的有效空隙率 3）水力梯度 水力梯度I为地下水渗流过程中单位渗流途径长度(流程)上的水头损失。 4）渗流系数 水力梯度为定值时，渗流系数愈大，渗流速度就愈大；反之，渗流系数为定值时，水力梯度愈大，渗流速度也愈大。 6.2 放射性物质在岩石、土壤和地下水中的物理、化学与生物学行为 6.2.1 放射性物质在岩石中的行为 1、放射性物质在岩石中的存在形态 原生的天然铀、钍元素可形成独立或共生矿物存在于岩石中，有的被其它矿物吸附，有的以溶解状态存在于矿物包裹或粒间及晶体裂隙的水分中。 钾是地壳中的主要造壳元素之一，大部分赋存于碱性长石中，多与氧、硅或卤族元素结合，主要以钾长石、白榴石等矿物形式存在。 随地下水进入岩石裂隙中的人工放射性核素常以离子状态被岩石表面吸着，也可能以氧化物或氢氧化物形式沉积在岩石表面上。 2、放射性物质在岩石中的行为 1）原生放射性物质在岩石中的迁移 地壳浅部的表生带内因太阳能的作用，存在着剧烈的元素迁移、分散和