西伯利亚新比别耶沃地区富氡水的天然放射性核素与地球化学特征研究

研究人员针对西伯利亚新比别耶沃地区富氡水（222Rn活性高达429 Bq/L）的成因及环境效应展开研究，通过同位素与地球化学分析，揭示了其大气降水起源（δ18O: -18.9‰至-14.4‰）及铀钍放射性核素迁移规律（238U达0.125 mg/L），为氡水资源开发与生态风险评估提供科学依据。

　　

西伯利亚的天然氡水资源因其独特的医疗价值与潜在辐射风险备受关注。近年来，随着全球SPA产业和瓶装水市场的扩张，对这类水体的研究需求激增。然而，尽管俄罗斯新西伯利亚州广泛分布与花岗岩体相关的氡水资源（如新比别耶沃地区），其水文地质勘探程度极低，且缺乏系统的同位素地球化学数据。更棘手的是，当地水体中检测到²²²Rn活性高达429 Bq/L，远超世界卫生组织建议限值，可能对居民健康构成威胁。与此同时，铀（²³⁸U）、钍（²³²Th）等放射性核素的迁移机制及其与围岩的相互作用尚不明确，制约了资源的合理开发与风险管理。

为解决上述问题，俄罗斯科学院工程地质与水文地质问题研究所的研究团队对新比别耶沃地区的氡水开展了为期三年的系统研究。通过综合水文地球化学与同位素分析，首次揭示了该地区氡水的形成机制与核素分布规律，相关成果发表于《Applied Radiation and Isotopes》。

研究采用多技术联用策略：野外采集29组水样（21组井水、5组采石场水、3组Oyash河水），通过滴定法、离子色谱（IC）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析主微量元素；放射性核素（²²²Rn、²³⁸U、²³²Th等）活性通过α/β谱仪测定；稳定同位素（δ¹⁸O、δD、δ¹³C_DIC）采用同位素比值质谱（IRMS）分析；围岩矿物组成通过X射线衍射（XRD）和电子探针（EPMA）表征。

Hydrogeological setting and Petrography
研究表明，新比别耶沃氡水赋存于奥布花岗岩体的裂隙含水层中，岩性以黑云母花岗岩为主，含橄榄闪长岩岩脉。电阻率（1000–2000 Ω?m）与裂隙发育程度呈正相关，120米以浅为高含水带。放射性元素富集矿物中，钍（0.53 at.%）和铀（0.44 at.%）以独立矿物形式存在，为氡水核素来源提供了物质基础。

Geochemistry of natural waters
水体地球化学特征显示：

1. 裂隙水（I组）呈HCO₃ Mg-Ca型，总溶解固体（TDS）385–818 mg/L，pH中性，氧化还原环境过渡态；
2. 人为干扰区水（II组）Si（8.85 mg/L）、Mn（0.22 mg/L）、Fe（0.34 mg/L）显著富集；
3. 放射性核素分布呈现²³⁸U（5.25×10^-4–0.125 mg/L）> ²³²Th（1.86×10^-7–2.43×10^-5 mg/L）> ²²⁶Ra（9.28×10^-10–2.08×10^-9 mg/L）的序列，²³⁴U/²³⁸U活度比（1.30–1.84）指示α反冲效应主导铀迁移；
4. 稳定同位素（δ¹⁸O: -18.9‰至-14.4‰；δD: -139.4‰至-112.5‰）证实水源为大气降水，溶解无机碳（DIC）δ¹³C_DIC（-14.2‰至-10.0‰）反映CO₂来源于土壤有机-无机混合过程。

Conclusions
该研究首次系统阐明了新比别耶沃氡水的三大特征：

1. 成因机制：花岗岩裂隙网络为氡（²²²Rn）和铀系核素提供了迁移通道，大气降水经深循环富集放射性元素；
2. 健康指示：²²²Rn活性（4–429 Bq/L）接近巴基斯坦Tato Pani温泉（500 Bq/L），需评估长期暴露风险；
3. 资源潜力：高含量Si、Sr等有益元素（Sr达0.77 mg/L）与低β活度（11–65 mBq/L）显示其兼具医疗开发价值与饮用安全性。

这项研究不仅填补了西伯利亚氡水同位素数据库的空白，更建立了花岗岩区放射性核素迁移的“源-径-汇”模型，为全球类似地质背景下的氡水资源评价提供了范式。未来需重点关注铀钍矿物风化速率与氡释放通量的定量关联，以优化资源开发与辐射防护的平衡策略。