某平原放射性环境地质评价

[关键词]天然放射性;地质条件;放射性核素;评价

 

The Geological appraisal of natural radioactive environment for Chengdu plain

Abstract:This article introduces the geological background and the level of environmental radioactivity ofChengdu plain•Based on the situation of geology and the natural radioactive environment distribution ofChengdu plain, the author first analyzes the relation between geological condition and radionuclide distri-bution level, and then the way that radioactive level influenced by geological condition•Finally, theauthor summarizes the pattern of geological environment effects on the natural radioactivity level and dis-tribution of Chengdu plain•

Keywords:natural radioactivity, geological condition, radionuclide, appraisal

随着人类对天然辐射认识水平的提高和放射性环境保护意识的深入,天然放射性水平评价已成为人居环境评价的重要内容之一。天然γ射线主要来自地表介质中天然放射性核素的核衰变,极少部分来自宇宙射线。联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR1982)报告中指出,地球γ辐射主要产生于地壳表面的岩石、土壤中的天然放射性核素。地层中的天然放射性,也主要由U、Th、K等一系列核素所决定,它们在地球各个区域的浓度,决定了该区天然辐射γ剂量的大小。陆地辐射与区域地质构造、出露地层岩性、降水排水及人类活动有密切联系,因此,研究区域天然辐射环境与地质条件的关系对人居和城市规划具有极为重要的意义。

1　成都平原地质背景

成都平原是由发源于川西北高原的岷江、沱江(绵远河、石亭江、湔江)及其支流等8个冲积扇重叠联缀而成复合的冲积扇平原,河水大多来自西部高原山地的冰雪融水。成都平原地表松散,沉积物巨厚,平原中心地带沉积物厚度达300 m,第四纪沉积物之上覆有粉砂和粘土,结构良好。如图1

所示,断层发育并构成该区构造格架是成都平原南部主要的构造特征。断层走向为NE或NNE向,主要分布在名山-洪雅以北。断层组合样式为叠瓦状对冲格局,即在大兴西的西侧以西倾东冲逆断层为主,包括平落坝断层、三和场断层、高家场断层,以东则以东倾西冲逆断层为主,包括熊坡断层、盐井沟断层、苏码头断层以及龙泉山断裂。大兴鼻状构造及其北侧的成都凹陷正处于相向对冲的“三角带”。龙泉山断层晚期为东倾西冲逆断层,断距大,底层抬升高,上盘地表出露侏罗系,向上切割层位较浅,滑脱层为中下三叠统。

2　成都平原放射性水平调查

2•1　基础理论与方法技术

本文根据地-空界面天然放射性来源、放射性核素衰变与积累规律、射线与物质相互作用原理等基础理论与方法,运用区域化探数据,建立相关模型与转换系数,预测地-空界面天然放射性水平。由于40K和238U、232Th系列核素是地表介质中的主要γ辐射体,因此根据放射性核素的衰变积累规律,当地质体中238U和232Th系列达到放射性平衡时,可以运用地表介质中钾、铀、钍的含量推算出地表介质的放射性水平参数值。表1列出了岩石或土壤中天然放射性元素含量与放射性核素比活度、地-空界面上空气中γ射线照射量率与辐射剂量的转换系数(IAEA, 2003)[1],将铀、钍、钾含量乘以相应转化系数即可得到元素比活度和剂量当量。

2•2　辐射环境评价指标

评价地表介质(岩石、土壤或建筑材料等)天然放射性水平可用放射性核素的比活度、内照射指数、外照射量指数、伽玛射线照射量率、辐射剂量来描述。在辐射防护工作中通常采用“剂量当量”来统一衡量各种射线的危害性。年有效剂量(Daed)是评价放射性核素γ辐射外照射的一个重要指标,年有效剂量定义为[2]:Daed= D•a1•a2(8760×10-6) (2)式中:D———吸收剂量(mSv);a1———居民在室外的平均居留因子(0•2);a2———大气中吸收剂量率与有效剂量的转换系数(0•7 Sv/Gy)。

2•3　数据处理结果

本文数据来源于四川省地勘局,在成都平原4 km×4 km范围采样取点,提供土壤中放射性元素铀、钍、钾含量的数据共4555组。经铀镭平衡系数校正和天然放射性参数转换后,数据分析结果如下:

(1)成都平原放射性核素40K的比活度值大部分都在350~800 Bq/kg之间,平均值为559•068 Bq/kg,略低于全国平均值(584 Bq/kg[2]);放射性核素232Th的比活度为11•778~225•736 Bq/kg,大体呈正态分布,均值为57•583 Bq/kg,均方差为16•017 Bq/kg,与全国平均水平(54•6 Bq/kg[2])基本一致;放射性核素238U的比活度为10•251~224•770Bq/kg,呈正态分布,均值为33•781 Bq/kg,均方差为9•992 Bq/kg,低于全国的平均水平(38•5 Bq/kg[2])。40K、232Th、238U比活度。

(2)成都平原内照射指数为0•153 ~1•062,平均值为0•446;外照射指数为0•051~1•124,平均值为0•169。除龙门山前缘冲断褶皱带极少区域外,在成都平原内,内照射指数和外照射指数均低于国家强制性要求(<1•0)[3]。

(3)将238U、232Th、40K的比活度经计算转换为γ辐射照射量率和吸收剂量率,得出成都平原γ辐射照射量率为2•108~14•842×10-13C/kg•s,均值为6•304×10-13C/kg•s,均方差为1•104×10-13C/kg•s;成都平原γ辐射吸收剂量率为25•53~177•998 nGy/h,均值杨　强,等:成都平原放射性环境地质评价•255　　 •为74•255 nGy/h,均方差为13•362 nGy/h,略低于全国(81•5 nGy/h[4])和世界(80 nGy/h[4])的平均值;按UNSCEAR (1993)报告推荐的年有效剂量公式(2)计算得到成都平原年有效剂量值为0•031~0•218 mSv,均值为0•091 mSv,均方差为0•016 mSv (一年按8760小时计算),远低于世界平均年有效外部剂量限值0•46 mSv[4]。

3•1　地质环境对各放射性核素比活度的影响

综合成都平原的地质条件,分析各放射性核素比活度分布情况,可以发现地质构造对各放射性核素比活度有较大的影响:

(1)成都平原40K比活度大部分在350~800 Bq/kg之间,部分高于全国平均水平。综合成都平原的地质条件分析其原因:①成都平原东部龙泉山构造断裂带和蒲江-新津隐伏断裂带山前沉积物的腐植质黏土中钾元素大量富集;②成都平原发达的地表水系使得高钾河流流经第四纪冲洪积物的黏土层和腐植质黏土层。③河流发育地区是传统的农作物种植区,钾肥的使用也会导致放射性核素40K活度偏高。

(2)成都平原232Th比活度总体上分布较为均匀,在北部部分地区232Th核素比活度比平均值低10 Bq/kg,在平原中部,尤其是都江堰和郫县部分地区232Th元素比活度较高,初步分析认为河流对钍的运移作用可能是该区232Th比活度值较高的原因之一。

(3)成都平原地质构造对238U比活度有很大的影响,在褶皱断裂发育地区放射性核素238U的比活度均较高,比如龙门山前缘冲断褶皱带、龙泉山-熊山褶皱带以及蒲江-新津隐伏断裂带地区的238U比活度均超过50 Bq/kg,其他地区238U比活度水平则较低。

3•2　地质环境对成都平原放射性水平的影响

对比成都平原γ射线内照射指数、外照射指数、吸收剂量率以及年有效剂量等值线图与成都平原地质图可发现如下规律:

(1)区域地质构造带对成都平原的放射性水平影响较大,在褶皱断裂构造带上放射性水平较高,对比成都平原地质构造单元划铀矿地质第26卷分图可以看到,龙门山前缘冲断-褶皱带,龙泉山-熊山断褶带和大兴鼻状构造带区域的放射性水平较高,蒲江-新津隐伏断裂带的放射性水平也较周围地区高。

(2)成都平原中部河流流经区域的放射性水平比其他地区稍高,这主要是由于成都平原以黏土和腐植质黏土为主的河流冲洪积物富含有机质,土壤中40K含量较高的原因所致。另外,河流自龙门山褶皱带流经成都平原这一过程对232Th的运移富集作用,也是导致成都平原232Th含量稍高于其他地区的原因。

4　结论

成都平原放射性环境评价表明,其放射性水平总体上与国家平均水平一致,平原北部比南部辐射剂量低,局部地质构造区稍高。成都平原放射性水平分布与其地质环境对比分析表明:(1)区域地质构造带对成都平原整体放射性水平的影响较大,龙门山前缘冲断-褶皱带、龙泉山-熊山断裂带和蒲江-新津隐伏断裂带区域的238U比活度较高,断裂带区γ照射量率、内照射指数及外照射指数等放射性水平评价指标均高于其他地区。(2)地表水对元素的运移和富集作用对成都平原局部地区的放射性水平也有较大的影响,成都平原水系发育,在岷江等流域,232Th的比活度高于其他地区,使得成都平原河流流域地区的内照射指数、γ照射量率和吸收剂量率较高。(3)成都平原第四系冲洪积沉积物对成都平原的放射性水平有一定的影响,表现在腐植质黏土和砂质黏土等有机质含量高的覆盖区钾元素的比活度较高。

 

[参考文献]

[1] IAEA•Guidelines for radioelement mapping usinggamma ray spectrometry data [R]. 2003•

[2] WANG Zuo-yuan•Natural radiation environmentin China [J]. International congress series 2002.1225: 39~46•

[3]中华人民共和国国家标准(GB6566-2001).建筑材料放射性核素限量[S]. 2001•

[4] UNSCEAR•(United Nations Scientific Committeeon the Effects of Atomic Radiation). Exposurefrom natural sources of radiation [R]. UnitedNations, New York, 1993•

[5]章　晔,华荣洲,石柏惧•放射性勘查方法[M]•北京:原子能出版社, 1990•

[6] UNSCEAR (United Nations Scientific Committeeon the Effects of Atomic Radiation). Effects andrisks of ionizing radiations [R]. United Nations,New York, 2000•

[7]罗志立,等•龙门山造山带的崛起和四川盆地的形成与演化[M].成都:成都科技大学出版社,1994•