地球科学进展

地球科学进展 ›› 2023, Vol. 38 ›› Issue (6): 610 -618. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2023.012

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50~1 000 a地下水定年新方法：放射性成因 32P法
毛绪美( ), 查希茜   
  1. 中国地质大学（武汉） 环境学院，湖北 武汉 430074
  • 收稿日期:2022-11-30 修回日期:2023-01-15 出版日期:2023-06-10
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目“富CO2热泉水14C年龄校正及其指示的广东深部地热水更新能力研究”(41440027)

Novel Method Based Radiogenic 32P for Determining Groundwater Age from 50 to 1000 Years

Xumei MAO( ), Xixi ZHA   

  1. School of Environment, China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan 430074, China
  • Received:2022-11-30 Revised:2023-01-15 Online:2023-06-10 Published:2023-06-07
  • About author:MAO Xumei (1977-), male, Suizhou City, Hubei Province, Associate professor. Research area includes isotope hydrogeology. E-mail: maoxumei@cug.edu.cn
  • Supported by:
    the National Natural Science Foundation of China “Study on the 14C age correction of CO2 rich hot spring and its indication of the regeneration capacity of deep geothermal water in Guangdong”(41440027)
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地下水年龄是重要的水文地质学参数，可以指示地下水的循环时间和更新能力。常用环境同位素测定地下水年龄，但不同的环境同位素由于半衰期不同导致定年范围有限，50~1 000 a成为地下水定年的“短板”。然而，50~1 000 a是近代人类活动频繁的时期，地下水资源、水环境和水气候记录档案等研究都需要年龄标尺。32Si可以用来确定50~1 000 a地下水的年龄，但是由于其复杂且费时费力的前处理和测试限制了32Si定年的应用。32Si衰变生成子同位素32P，32Si和32P在3个月内会达到放射性平衡，放射性活度达到一致。天然状态下50~1 000 a地下水中的32Si与32P一直处于放射性平衡状态，所以直接富集地下水中的32P可以用于50~1 000 a地下水的年龄测定。地下水中32P的富集采用氢氧化镁共沉淀法，方便快捷。因此，放射性成因32P有望解决50~1 000 a地下水的定年“短板”。在江汉平原地下水实例研究中发现，放射性成因32P定年结果与32Si定年结果基本一致。因此，放射性成因32P是解决50~1 000 a地下水定年“短板”的有效工具，且便捷准确。

关键词: 50~1 000 a地下水, 地下水定年, 放射性成因32P, 宇宙成因32Si

Groundwater age is an important and widely used hydrogeological parameter. The environmental isotope method is the most reliable method of groundwater dating. Different environmental isotopic tracers have different dating ranges, and the determination of groundwater age from to 50~1 000 a is the “short board” of dating groundwater. The period of 50~1 000 a is a period of frequent human activity. Therefore, dating groundwater that is 50~1 000 years old is scientifically significant. Silicon-32 (32Si) can be used to determine the age of 50~1 000 a groundwater, but application of 32Si dating is hindered by the complex and time-consuming pretreatment. The decay of 32Si to radiogenic 32P, 32Si, and 32P will reach a radioactive balance within three months and achieve consistent radioactive activity. 32Si and 32P in 50~1 000 a groundwater have been in radioactive equilibrium, so direct enrichment of 32P in groundwater can be used for age determination of 50~1 000 a groundwater. Magnesium hydroxide co-precipitation is used for the enrichment of 32P in groundwater. This method is convenient and rapid. Therefore, 32P is expected to solve the dating deficiency of 50~1 000 a groundwater. The results of 32P dating of groundwater in the Jianghan Plain were roughly consistent with those of 32Si. Therefore, radiogenic 32P groundwater dating is feasible, convenient, and accurate.

Key words: 50~1 000 a groundwater, Groundwater dating, Radiogenic 32P, Cosmogenesis 32Si.

中图分类号: 

图1 江汉平原西部起伏平原采样点分布图
Fig. 1 Distribution of sampling points in the western undulating plain of the Jianghan Plain
表1 江汉平原地下水的 32P、 32Si和 14C年龄 (a)
Table 1 The 32P， 32Si and 14C ages of groundwater in the Jianghan Plain
样品编号 32P年龄 32Si年龄 14C年龄
1 69 70 850
2 126 120 350
3 304 310 730
4 248 250 150
5 482 480 760
6 422 425 1 190
7 606 582 1 060
8 832 801 1 750
9 724 701 1 050
10 923 848 2 480
图2 江汉平原地下水的 32P年龄与 32Si年龄对比
Fig. 2 Comparison of 32P ages and 32Si ages of groundwater in the Jianghan Plain
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