五大連池藥泉山地區氡礦泉水賦存特征及形成機制分析

孟立志 劉 玉

（黑龍江省第二水文地質工程地質勘察院，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公園之一。園區內礦泉水資源豐富，其中就包括氡礦泉水資源。根據已有鉆孔資料，氡礦泉水主要分布在園區內藥泉山地區。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1363.0Bq/l。歸根結底，地表4處氡礦泉均由地下氡礦泉水通過斷裂構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斷裂的存在，使其分成南、北兩個獨立的區域。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境中。龍泉村附近氡礦泉水賦存于地下70m深的變質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出高～低～高的變化規律，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40.5 Bq/l。

圖1 氡礦泉水形成示意圖

3 氡礦泉形成機制分析

3.1 氡的來源

自然界中，氡是放射性物質鐳的衰變產物，而鐳是放射性物質鈾的產物，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，氡和鐳能夠逐漸達到放射性平衡。影響巖石產生氡氣能力的大小取決于巖石的射氣系數。自然界中，含量最大的氡礦泉水見于鈾礦床氧化帶中（達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較大，鈾含量較高，而沉積巖及變質巖的射氣系數較小，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地下廣泛發育印之期花崗巖，由此推測該期花崗巖是氡氣的穩定來源。

3.2 水氣混溶

氡作為一種放射性氣體，自巖石進入地下水服從氣體擴散定律。氡在地下水中的濃度受巖石射氣系數、壓力、溫度影響，與水的化學成分無關。巖石中氡射氣系數越大，釋放出的氡越多，因此水中的氡含量越高。根據亨利定律可知，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，或占據鐳的位置，不能進入地下水。幸運的是，工作區地下的花崗巖存在不同程度的風化殼或是構造裂隙，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，并隨著地下徑流運移到遠處或是溢出地表，運移距離與氡含量高低和地下水流速快慢有關。賦存在花崗巖或是變質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。

結語

五大連池藥泉山地區氡礦泉水中氡是由花崗巖中的鈾衰變成鐳，再由鐳進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。當然，關于氡氣的來源和氡礦泉水的形成機制尚需近一步研究。

[1]王云鵬，劉恩常，熊紹禮等. 五大連池地區礦水水文地質普查報告[C].黑龍江省地質礦產局.1976年.

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

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

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