断层控制湖系统中氡异常、环境辐射迁移及辐射风险评估

《Science of The Total Environment》：Radon anomalies environmental radiation transfer and radiological risk assessment in a fault controlled Lake system

　　

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  分析了哈扎尔湖地震活动与氡异常的关联。
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  利用Dobrovolsky应力准备模型评估了氡动态变化。
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  评估了鱼体组织中天然放射性核素的环境暴露水平。
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  计算了年有效剂量（AED）和终生癌症风险（ELCR）。
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  鱼类食用带来的辐射风险仍低于国际安全限值。

引言

天然辐射是电离辐射的重要来源，持续存在于环境系统中，主要由天然放射性核素的衰变过程产生。这种辐射在环境中的释放主要通过天然放射性元素衰变链中形成的中间产物来实现，这些天然放射性元素包括铀（²³⁸U）、钍（²³²Th）和钾（⁴⁰K）（Abed等，2024）。在这些衰变产物中，氡（²²²Rn）气体因其物理和化学特性在环境辐射研究中具有特殊重要性。²²²Rn是一种具有放射性的化学惰性 noble 气体，是²³⁸U衰变系列的产物（Baskaran, 2016）。由于其高扩散能力和低化学反应性，它可以轻松通过岩石和土壤基质中的微裂隙、多孔介质和地下水系统进行迁移（Shabaan等，2025）。正因为这些特性，²²²Rn被认为是最重要的天然放射性气体之一，常见于大气、土壤和水体中。²²²Rn的形成主要取决于岩石和土壤中²³⁸U和²²⁶Ra的含量。²²²Rn由²²⁶Ra衰变产生，可以沿着岩石和沉积环境中出现的裂隙和裂缝系统被输送到地表（Sukanya等，2021）。这些输送过程不仅受岩性特征和地质结构的控制，还受构造变形、地下水循环和水地球化学条件的影响（Sukanya等，2022；Woith, 2015）。微裂隙网络和渗透率增加，特别是在活动断层带沿线，可以促进²²²Rn气体上升至地表，导致区域²²²Rn异常的形成（Okabe, 1956）。

近期研究表明，²²²Rn浓度可能出现显著变化，尤其是在构造活动区域（Du等，2025；Díaz和Liza, 2025；Huang等，2024；Liu等，2025）。地震孕育过程中发展的弹性变形和地壳应力积累会导致岩石中形成微裂隙并使现有裂隙系统扩展，从而促进气体和流体从地壳向地表输送（Abed等，2024；Vandana等，2026）。因此，²²²Rn异常长期以来被研究作为与地震事件前构造应力积累相关的潜在地球化学指标（Cicerone等，2009；Dobrovolsky等，1979）。然而，人们对活动构造湖系统中²²²Rn迁移的环境后果关注甚少。断层控制的湖泊是敏感环境，构造触发的流体循环可以促进²²²Rn及相关放射性核素从岩石圈向水生生态系统迁移（Virk和Walia, 2017）。环境环境中²²²Rn和其他天然放射性核素的存在也可能产生显著的辐射后果，特别是在水生生态系统中。天然放射性核素（²³⁸U、²³²Th和⁴⁰K）可溶解于水环境中，与沉积物和水生物相互作用，并通过食物链输送到生物体中。这一过程可导致放射性核素在鱼体组织中积累，对生态系统健康和人类食用构成潜在的辐射风险（IAEA, 2014；Carvalho等，2011）。因此，确定天然放射性核素在水环境中的分布并评估其对生物体的影响是环境辐射研究的重要组成部分。近期环境放射性研究强调，天然放射性核素不仅应通过活度浓度测量来评估，还应通过综合辐射危害指数并与国际安全基准进行比较。例如，Qadr（2026a）使用HPGe γ射线能谱法评估了伊拉克土壤样品中的²³⁸U、²³²Th和⁴⁰K，并计算了Ra_eq、D、H_in、H_ex、I_γ、AED和ELCR以及统计分析，突出了全球参考比较在环境风险评估中的重要性。类似地，针对Zab河沉积物的评估表明，放射性核素浓度及相关危害指数与UNSCEAR限值比较时，可以为公共卫生和环境管理提供基线信息（Qadr, 2026b）。在水相关研究中，²²²Rn也被视为一种重要的环境污染物和暴露途径。Qadr等人指出，自来水中的²²²Rn应与WHO、UNSCEAR和USEPA的指导值进行比较评估，包括摄入剂量和ELCR计算（Qadr等，2025）。此外，Amin和Qadr证明，饮用液体中的²²²Rn监测可以与物理化学参数和剂量评估相结合，以确定消费者安全和辐射暴露途径（Amin和Qadr, 2026）。

由于位于阿尔卑斯-喜马拉雅造山带上，土耳其是构造活动性较高的地区之一。在这些构造系统中，东安纳托利亚断层带（EAFZ）是一个重要的左旋走滑断层系统，调节安纳托利亚板块和阿拉伯板块之间的相对运动（Li等，2023）。哈扎尔湖位于该断层带上，是一个断层控制的构造湖，为研究该地区地震活动对水地球化学过程和环境放射性的影响提供了理想的研究区域。因为构造应力积累和断层活动不仅会影响地震事件的发生，还会影响水地球化学过程和气体输送机制（Bozkurt, 2001）。然而，目前文献中全面探讨²²²Rn异常、地震过程和辐射效应在水生生态系统中关系的研究非常有限。人们对构造诱导的²²²Rn迁移在水生生态系统中的环境后果关注较少，特别是在活动断层控制的湖泊系统中。现有研究很少在统一的环境框架内整合岩石圈应力传输、水地球化学放射性核素输送和环境辐射评估。此外，生物活性组织作为与构造过程相关的放射性核素传递指标的作用尚未得到充分探索。活动构造湖泊构成高度敏感的环境系统，其中地壳变形、裂隙渗透率、地下水循环和放射性核素迁移性可能同时相互作用。在此类系统中，构造诱导的流体传输可以促进²²²Rn及相关放射性核素从地下地质构造向水环境和生物体迁移。因此，研究地震应力、²²²Rn异常、环境放射性和辐射暴露途径之间的综合关系，对于理解构造活动的广泛环境意义至关重要。

在此背景下，本研究提供了一项多学科环境评估，在一个活动断层控制的湖泊生态系统中同时集成了土壤气体和溶解²²²Rn监测、基于Dobrovolsky准备半径模型的地震应力传递分析、淡水鱼类组织中的放射性核素积累以及辐射风险评估。与以往以²²²Rn为重点的研究不同，本方法不仅评估了²²²Rn异常的地球物理意义，还评估了其对水生生态系统和人类暴露途径的潜在环境和辐射影响。

本研究的目的是评估位于东安纳托利亚断层带上的哈扎尔湖周围²²²Rn浓度的变化，结合区域地震活动，并揭示这些过程对水生生态系统的辐射影响。在此框架下，利用Dobrovolsky暴露半径模型分析了研究区域测量的²²²Rn数据与地震震级之间的关系，并根据湖泊生态系统中鱼类肌肉组织中确定的天然放射性核素活度计算了年有效剂量（AED）和超额终生癌症风险（ELCR）值。该方法旨在提供一项多学科环境分析，评估活动构造环境中²²²Rn动态对环境辐射传递机制和人类暴露的影响。本研究结果有望有助于理解活动断层控制的湖泊系统中²²²Rn气体动态与环境辐射过程之间的相互作用，并为环境放射性监测研究提供新视角。

各章节摘要

研究区域

研究区域涵盖土耳其东部安纳托利亚地区的哈扎尔湖及其周边地区，地理上以埃尔亚济格省锡夫里奇区（38.47597°N，39.29934°E）为中心参照点。该地区深受东安纳托利亚断层带（EAFZ）的影响，这是一个长约600公里的主要左旋走滑断层系统，因板块之间的相对构造运动而形成。

²²²Rn异常与地震应力传递

土壤²²²Rn、水中溶解²²²Rn以及空气和水温进行了同时测量。2024年9月至2025年8月期间的平均值得见表1。这些数据展示了土壤气体²²²Rn浓度、水中溶解²²²Rn、空气和水温以及地震活动（M_w）的变化。研究区域测量的土壤²²²Rn（Bq/m³）和水中溶解²²²Rn（Bq/L）时间序列，以及发生在地震的M_w

结论

本研究全面评估了活动构造湖系统中²²²Rn异常、地震应力、水地球化学过程和环境辐射评估之间的关系。本研究的发现应被解释为基于放射性核素分布和与人类摄入相关的辐射风险的环境辐射评估，而非全面的生态风险评估。对放射性核素分布的综合分析

CRediT作者贡献声明

Mür?ide Dartay：撰写——审阅与编辑，验证，指导，项目管理，方法学。Mücahit Y?lmaz：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，验证，指导，方法学，调查，形式化分析，数据整理，概念化。Güllü K?rat：撰写——审阅与编辑，指导，方法学，形式化分析，数据整理。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所述工作的已知经济利益冲突或个人关系。

致谢

本研究由土耳其科学与技术研究委员会（TüB?TAK）在项目编号123Y326的框架下提供资助，属于TüB?TAK-1001项目。

Mür?ide Dartay|Mücahit Y?lmaz|Güllü K?rat