環境地球化學調查中環境天然放射性測量方法探討

郭書勝

環境地球化學調查是一項基礎性、公益性，以服務于基礎建設規劃、發展與管理以及社會公眾信息需求為宗旨的地質調查工作。近年來，隨著工業化進程不斷加快，其規模逐步擴張，其中資源短缺、環境質量降低等問題日益突出。在環境地球化學調查工作中，有關環境質量的放射性水平測量是其中重要內容之一。最近幾年，部分省份逐步推進區域環境天然放射性水平調查評價工作，按照相關規范標準要求，開展環境天然放射性測量工作，有必要對放射性測量技術方法進行科學選擇，以確保天然放射性水平調查評價的準確性、可靠性，為區域環境地球化學評價提供放射性水平基礎數據。

1 調查評價內容

開展環境地表γ輻射劑量率測量、放射性核素活度濃度測量、土壤氡濃度測量、水中氡濃度測量以及土壤、水中的放射性核素活度濃度檢測分析，大致查明地質區域巖石、土壤、水體等天然放射性水平及分布特征，分析環境天然放射性的影響因素，評價天然放射性對地質周圍環境及公眾健康造成的影響。

2 執行標準及儀器參數

2.1 執行標準及主要技術指標

2.1.1 《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》GB 18871-2002

公眾照射劑量限值年有效劑量不超過1mSv；放射性殘存物持續照射的劑量約束值通常應在公眾照射劑量限值10%～30%即（0.1mSv～0.3mSv）的范圍之內。

地質區域性土壤氡水平調查測點布置應按2km×2km網格布置，部分中可按1km×1km網格布置測點。因地形、工程施工等原因測點位置可偏移，不宜超過200m。當地質工程場地土壤氡濃度測定結果≥30000Bq/m3，且＜5000Bq/m3時必須按現行國家標準對基礎進行處理。當土壤氫濃度平均值≥50000Bq/m3，應采取地質工程綜合防氡措施。

2.1.2 《輻射環境監測技術規范》HJ/T 61-2021

在新建設施投料（或裝料）運行之前或在某項設施實踐開始之前，對特定區域環境中已存在的輻射水平、環境介質中放射性核素的含量，以及為評價公眾劑量所需的環境參數、社會狀況所進行的全面調查。

2.1.3 《輻射環境監測技術規范》HJ/T 61-2021

在新建設施投料（或裝料）運行之前或在某項設施實踐開始之前，對特定區域環境中已存在的輻射水平、環境介質中放射性核素的含量，以及為評價公眾劑量所需的環境參數、社會狀況所進行的全面調查。

地質工程中所是使用的主體材料中天然放射性核素鐳-226、釷-232、鉀-40的放射性比活度應同時滿足內照射指數（Ira）≤1.0，外射指數（Ir）|≤l.0。

2.1.4 《環境地表γ輻射劑量率測定規范》GB/T 14583

全國性或一定區域內的環境y輻射本底調查，通常以適當距離的網格均勻布點。在地質區域中的道路、草坪和廣場測量時，測點距附近高大工程的距離需大于30m，并選擇在地質區域中的地表上lm處。

2.1.5 《地面伽瑪能譜測量規范》EJ/T 363-2012

使用伽瑪能譜儀在地表直接測定土壤或巖石中當量鈾（eU）、當量釷（eTh）和鉀（K）等核素含量。檢查工作量不少于總工作量的5%。

2.1.6 《氡及氡子體測量儀與監測儀一般要求》GB/T 13163-1991

儀器的量程范圍應不少于四個數量級。當測量值在刻度最大值的10%～100%之間時，各種刻度方式的產品，對參考源活度的指示值的相對固有誤整不得超過±20%。

2.1.7 《水中氡測量規程》EJ/T 1133-2001

測氡范圍一般在0.37～3.7×103Bq/L，測量樣品時，脫氣時間3min，穩定時間2min，一般只要求一次測量，每個氡濃度級別中超過允許誤差的樣品數量，應不超過該級別樣品總數的20%。

2.1.8 《生活飲用水衛生標準》GB/T 5749-2022

總α放射性小于0.5Bq/L，總β放射性小于1.0Bq/L，鈾小于0.03mg/L，鐳-226小于1Bq/L。

2.1.9 《擬開放場址土壤中剩余放射性可接受水平規定（暫行）》HJ532000

本暫行標準要求所選劑量約束值能保證在場址開放后，由土壤中剩余放射性核素對公眾中關鍵居民組成員所造成的附加年有效劑量一般為公眾年劑量限值（1mSv）的1/10～1/4，即0.1mSv～0.25mSv。

2.2 儀器參數及指標

2.2.1 FD-3022-I便攜式地面多道伽瑪能譜儀

用途：地面放射性核素活度濃度測量；

儀器參數：探測器φ2"×2.4"BGO晶體；自動穩譜；能量分辨率≤12%（對137Cs）；含量測量范圍eU：1～1000×10-6（Ur）、eTh：1～1000×10-6（Ur）、K：0.2%～100%；相 對 偏差eU≤7%、eTh≤7%、eK≤12%；使用環境溫度0℃～+50℃；相對濕度≤90%（50℃）。

相關規范要求：能量分辨率≤12%（對137Cs）；能量范圍總道0.40Mev～2.80Mev、eU1.66Mev～1.86Mev、eTh2.40Mev～2.80Mev、K1.37Mev～1.55Mev；含量檢出限鈾、釷、鉀和總道分別為1×10-6、2×10-6、0.2%、2×10-6；具有自動穩譜功能，探頭能在500-1000nC/kg·h照射下正常工作；在3MeV以內，能量非線性小于0.5%；在-10℃～55℃溫度范圍內，不大于95%相對濕度條件下，相對誤差小于15%。

2.2.2 FD216環境氡測量儀

用途：土壤中氡濃度及土壤表面氡析出率測量；儀器參數：探測器為硫化鋅ZnS（Ag）和光電倍增管組合系統；靈敏度≥0.68cpm/（Bq/m3）；本底計數率≤0.3cpm；測量范圍300Bq/m3～300000Bq/m3；測量重復性誤差≤5%；長期穩定性誤差≤10%；使用環境溫度-10℃～40℃；相對濕度≤90%（40℃）。

相關規范要求：量程范圍不小于4個數量級；工作溫度應在-10℃～40℃之間；相對濕度不應大于90%；不確定度不大于20%；探測下限不大于400Bq/m3；孔的深度宜為500mm～800mm，應采用專用工具打孔。

2.2.3 FD-3013H智能化χ-γ輻射儀

用途：環境地表γ輻射劑量率測量；儀器參數：探測器為NaI晶體；靈敏度≥350Cps/μSv；能量響應0.06～3.0Mev；測量范圍0.01μSv/h～200μSv/h；測量精度誤差≤10%；使用環境溫度-10℃～50℃，濕度不大于98%。

相關規范要求：量程范圍低量程1×10-8nGy/h～1×10-5nGy/h，高量程1×10-5nGy/h～1×10-2nGy/h；相對固有誤差≤15%；能量響應50keV～3MeV；使用環境溫度-10℃～+40℃；濕度不大于95%。

2.2.4 RAD7便攜式測氡儀

用途：水中氡濃度測量；儀器參數：固態的、離子植入的、平面硅α探測器；測量范圍0.1pCi/L～20000pCi/L；靈敏度為嗅探模式0.25cpm/（pCi/L）、正常模式0.5cpm/（pCi/L）；工作環境溫度0℃～50℃，相對濕度0%～100%。

相關規范要求：量程范圍低量程1×10-8nGy/h～1×10-5nGy/h、高量程1×10-5nGy/h～1×10-2nGy/h；相對固有誤差≤15%。

工作前所有測量儀器均送至具有國家級計量認證資質的單位進行檢定，取得有效檢定證書后投入使用。儀器在使用過程中定期按照規范及設計要求進行準確性（誤差≤5%）、一致性（誤差≤10%）、穩定性（誤差≤10%）檢查。FD-3013H環境γ輻射空氣吸收劑量率儀檢查周期為一個月，FD-3022便攜式多道能譜儀、FD216環境測氡儀及RAD7連續測氡儀檢查周期為兩個月，每日工作前后進行長期穩定性檢查并繪制質量控制圖，保證儀器“三性”檢查符合規范要求。

3 工作方法

3.1 環境地表γ輻射劑量率測量

實地測量地質表面及內部發展結構，地表上方一定高度處（通常為1m）由周圍物質中的天然核素和人工核素發出的γ射線產生的空氣吸收劑量率，單位為“nGy/h”。

采用網格法均勻布設測點，測量網度為0.5×0.5km，基本密度為每平方公里4個點。使用手持GPS定點，采用FD-3013H直接測出點位上的γ輻射空氣吸收劑量率瞬時值。測量時對同一網格內的不同類型環境分別進行測量，每個點位測量三次，每次測量時間為1min取平均值作為該點空氣吸收劑量率值，在地質區域中的地表、結構、周圍環境測量時，測點距離附近高大工程建筑物的距離大于30m，并選擇在地質結構中間到地面上1m處測量。測量完成后記錄測點編號、測量值、地理特征描述及環境氣象參數等。

3.2 地面放射性核素活度濃度測量

實地測量地質地表物質中當量鈾（eU）、釷（eTh）、鉀（K）的活度濃度，單位為比活度“Bq/kg”。

采用網格法均勻布設測點，測量網度為0.5×0.5km，基本密度為每平方公里4個點。采用FD-3022-I便攜式多道能譜儀直接測定地表土壤或巖石中當量鈾（eU）、釷（eTh）、鉀（K）含量。野外測量時嚴格按照規范要求操作，手持GPS定點，將探頭直立在地面上或平坦的基巖上測量，要保證輻射立體角為2π，每個點位測量兩次，每次測量時間為1min，取平均值作為該點測量結果。測量完成后詳細觀察并記錄測點編號、測量值、地理特征、土壤或巖石特征及環境氣象參數等信息。

3.3 土壤中氡濃度測量

實地測量土壤中氡濃度，單位為“Bq/m3”。

采用網格法均勻布設測點，測量網度為1.0×1.0km，基本密度為每平方公里1個點。采用FD216環境氡測量儀及配件打孔測定土壤中原始氡濃度。野外測量時嚴格按照規范要求操作，手持GPS定點，到達測點后詳細觀察周圍地理環境特征及地表信息，選擇遠離水域地段打孔，孔深為70cm，成孔后迅速插入取樣器并及時將取氣器上部錐體周圍土壤踏實，防止大氣竄入孔中稀釋氡濃度，影響測量效果，并連接好取氣管路并調試儀器至工作狀態，設置抽氣時間為5min，測量時間為15min。對于測值較高測點進行重復測量。測量完成后詳細觀察并記錄測點編號、測量值、地理特征、土壤類型、土壤基本情況、溫度濕度等環境氣象參數信息。

3.4 水中氡濃度測量

實地測量地質區域內水體中氡濃度，單位為（Bq/L）。

氡測量選擇有代表性井水和自來水進行測量，主要涉及生活用水。測量儀器為RAD7連續測氡儀。測量時使用手持GPS導航確定測點位置，使用400ml取樣瓶用樣水清洗三次后采集。設置儀器為自動測量模式，測量時間為5min，測量次數為3次，最終以平均值作為該點水中氡濃度測量結果。測量完成后記錄測點編號、測量值、水體類型、水體規模等信息。

以上各項工作過程中若發現測值偏高或異常情況，應進行重復測量，并詳細說明測點情況并分析異常產生原因。當天工作結束后及時編寫當日測量工作小結，每日工作完成后及時將測量結果錄入電腦，并進行自互檢。各項工作根據進度適時布置檢查工作量，且不低于總工作量的5%。

4 數據處理及資料整理

4.1 數據迭代處理

首先對各項工作中采集的原始數據結果進行迭代處理，剔除離散化比較大的數據（剔除限為），對迭代處理后的數據采用SPSS軟件進行正態檢驗，使數據趨于正態分布后，然后計算平均值（）、標準偏差（S）、偏度、峰度等，并將平均值（）確定為背景值。

4.2 圖件編制

應用迭代法處理后的數據，依據不同的評價標準和規范要求，分別編制各類原始點位數據圖、等值圖和輻射分區圖等。

（1）等值圖編制以調查區地理圖為底圖，內容包括等值區、等值線、極值點位和數值及正態分布曲線圖。等值區色階按照小于、、～管理限值、大于管理限制分別采用藍、綠、黃、紅4個色系進行分區。

（2）輻射環境分區圖根據環境地表γ輻射劑量率、放射性核素活度濃度、土壤中氡濃度數據處理結果依據相關技術規范要求分別編制，主要內容地理圖底圖、土壤類型、地質單元、輻射分區等。

①γ輻射分區圖依據1983-1900全國環境天然放射性水平調查研究成果（天然γ輻射水平按面積加權高組為＞70nGy/h）以及EJ/T977-1995規定的管理限值（γ輻射空氣吸收劑量率不超過174nGy/h），將調查區劃分為正常區（背景值）、偏高區（背景值～70nGy/h）、高值區（70Gy/h～174Gy/h）和異常區（＞174nGy/h）。②土壤放射性核素含量分區依據地表放射性核素活度濃度測量規程，將調查區劃分為正常區（背景值）、偏高區（背景值～背景值+2倍標準差）、高值區（背景值+2倍標準差～≤背景值+3倍標準差）、異常區（＞背景值+3倍標準差）。③地質結構土壤中，氡濃度分區工程地點土壤中氡濃度調查及防氡的一般規定，將調查區劃分為正常區（＜10000Bq/m3）、偏高區（10000Bq/m3～20000Bq/m3）、高值區（20000Bq/m3～30000Bq/m3、異常區（30000Bq/m3～50000Bq/m3）、綜合治理區（＞50000Bq/m3）。

4.3 數據分析

根據成果圖件按照不同地質單元、不同地物類型、不同土壤類型、不同地域分別進行數據統計，分析放射性水平分布特征，通過各類數據與不同地質單元、地物、土壤、地域的套合疊加，分析輻射來源以及在環境中的變化及影響因素，研究其引起異常的機理機制，估算環境天然輻射對當地居民產生的年有效劑量，綜合評價天然放射性對地質周圍環境的影響，并提出相應的防治建議，最終形成調查評價報告。

5 結論及建議

5.1 結論

根據銀川市（三區二縣）放射性環境背景調查報告成果，在環境地球化學調查與評價中采用地表γ輻射劑量率測量、放射性核素活度濃度測量、土壤氡濃度測量、水中氡濃度測量以及土壤、水中的放射性核素活度濃度檢測分析方法是可行的，采集的各項數據準確性、可靠性能夠滿足工作需要，通過將不同土壤、建材和地物中的238U、232Th、40K的活度濃度、土壤氡濃度、水中放射性水平疊加分析，能夠分析其分布特征及其之間的關系，可以利用天然輻射外照射和內照射的評價指標對區域天然放射性水平和輻射環境作出初步評價，因此文中采用的技術標準、測量儀器、工作方法可作為同類工作的借鑒。

5.2 建議

（1）環境地質調查中天然放射性水平測量工作有待加強，根據已開展的工作情況分析，天然放射性環境調查存在方法多標準不統一現象。建議盡快制定國家或地方相關規范標準。

（2）由于地質構造背景是決定調查區環境天然放射性水平的主要因素，對活動斷裂更應高度重視。

（3）西北地區發展了大量的蔬菜溫棚產業，屬于半封閉環境，作業人員比較固定，作業時間長，這種環境容易引發氡氣聚集，建議在今后工作中注意多此類環境中放射性水平的調查評價工作。

（4）在土壤中氡濃度測量過程中，在西北地區要避免在冬季出現凍土、農業集中灌溉等時段開展工作，國家已開展工作發現，這個時間段測量結果變化很大，尤其是土壤氡濃度測量影響更大。

（5）在測氡儀的選擇上，盡量使用測量時間較快的儀器，以提高工作效率。同時對氡濃度高值區應采用多方法查明分布規律和發生機理，確定氡污染來源，正確評價天然放射性對不同人居環境的影響規律，為科學防范提供可靠的依據。