学文网本文作者：王 啸、高 亮、段喜贵、杨玉新 单位： 天津华北地质勘查局核工业二四七大队
天津市位于华北平原东北部，东临渤海湾，西接北京市和河北省，北依燕山，总面积11919.7km2，属暖温带半湿润大陆性季风气候，具有冬寒夏热、春旱秋爽、四季分明的特点。多年平均降水量590.1mm，多年平均水面蒸发量（E20值）为1689～1914mm，年平均气温11℃～12.5℃。境内地下水和地热流体资源比较丰富(所谓地热流体是指温度高于25℃的地下热水、地热蒸汽和热气体的总称)，本次调查的地热流体主要指用于居民采暖、温泉洗浴、生活热水和水产养殖等领域的地下热水。根据天津市国土局的统一部署，天津华北地质勘查局核工业二四七大队与天津地热勘查开发设计院合作开展天津市地下水和地热流体中天然放射性核素（U、Th、226Ra、40K、氡）活度浓度调查及其所致居民内照射剂量评价工作，本文对本次调查工作的主要结果进行介绍，并初步评价了居民因饮用地下水和地热流体引起的内照射剂量。
1调查方法
1.1野外调查及样品采集本次工作涵盖天津市全境共11919km2的地面调查任务，基本查清了调查区内地貌和水文地质特征，对调查区内部分工农业水井及地热井的分布、取水段、利用现状进行了详细调查。样品遍布全市13个行***区，并根据天津市水利部门的天津市水资源状况，确定了以农田灌溉用水，农村居民生活用水、供水水源地水为重点的取样原则。考虑到滨海地区特殊的地理位置及经济社会发展需要，在设计基础之上增加采样数量；蓟县、宝坻为天津市重要的饮用水和农田灌溉用水的水源地，因此作为此次样品采集工作的重点区域。在垂向上，样品主要分布于用水集中的浅层第二含水组和地热流体。采集样品总数为800个，其中地下水样品数量418个，地热流体样品数量281个，重复采集检查样品101个。样品采集时，在开泵一段时间后，将积蓄在管内的杂质和陈旧水排除后，用事先洗净的20L取样桶取样，并及时送检，保证样品的质量。
1.2样品测量
1.2.1测量方法水中放射性核素U、Th、226Ra、40K测量方法采用采用室内低本底γ能谱法，按照国家标准GB/T16140—1995《水中放射性核素的γ能谱分析方法》[1]的要求，将水浓集蒸干后用低能γ谱仪直接测量残渣的放射性活度并换算成水中核素的活度浓度。水中氡浓度测量方法参照国家标准GB8538—1995《饮用天然矿泉水中氡的测定方法》[2]和GBZ124—2002《地热水应用中放射卫生防护标准》[3]的要求，进行现场采样测量。
1.2.2测量仪器水中放射性核素活度浓度测量采用的仪器为美国ORTEC公司的GEM30P4型HPGe同轴多道γ能谱仪，能量分辨率为1.85keV（对60Co的1.33MeVγ射线）。水中氡浓度测量采用石家庄核工业放射性勘查计量站最新研制的HDC-C型高灵敏度环境测氡仪，探测器为大面积金硅面垒探测器。
1.3质量控制为了保证测量结果的数据质量，本次工作从取样、运输、检测和数据处理等各方面都严格按照相关的国家标准执行。采用的仪器设备都经过核工业放射性勘查计量站检定，并合格后才投入使用，所采用的标准物质都是国家一级标准物质。同时按照要求进行质控样品测量，重复采集了14.5%的平行样品进行测量，测量结果列于表1。从平行样品测量结果看，5种分析项目的平行样品测量相对偏差平均都在20%以下，符合我国HJ/T61—2001《辐射环境监测技术规范》的规定要求。
2调查结果及讨论
2.1调查结果天津市地下水和地热流体中天然放射性核素活度浓度的测定结果列于表2和表3。2.2结果分析
2.2.1总U天津市地下水总U的平均含量为2.14μg/L，属于正常本底水平，小于全国平均值3.82μg/L[4]，而且最大值只有5.91μg/L，这在全国范围来看是比较小的，说明天津市地下水中U的含量是比较低的。和地下水相比较，天津市地热流体中U的平均含量只有0.28μg/L，约为地下水的1/8。这主要是因为地下水埋藏深度较浅，富含HCO3-和CO3离子，极易和UO22+形成络合物，水溶性大。而地热流体埋藏深度大，pH值一般为6~8，铀以四价阳离子形式存在，水溶性低。天津市地下水中总U的含量大部分都在
2.5μg/L以下，含量大于2.5μg/L的区域主要分布在宝坻南面和天津市中北部，正好位于宝坻断裂和海河断裂上，这可能就是造成这些区域地下水中U含量偏高的原因。氡浓度偏高的区域的主要集中在隆起区，最低值区处于黄骅拗陷内，且整体表现出北东向的带状特征，这与天津市的地质构造条件较为吻合。说明地热流体中放射性核素U的含量受地质构造条件影响较大。
2.2.2Th天津市地下水和地热流体中的Th的平均含量分别为0.09μg/L和0.12μg/L，而全国地下井水中Th的平均值为0.15μg/L[4]，表明天津市地下水和地热流体中的总Th的含量在全国范围内是一个平均水平，且分布比较均匀，属于正常本底水平。天津市大部分地区的地下水和地热流体中的总Th的含量都在0.10μg/L以下，相对偏高区域比较少且比较分散，分布不规律，受地质条件影响不明显。
2.2.3226Ra天津市地下水中的226Ra的活度浓度平均值为8.12mBq/L，属于正常本底水平，比全国平均值7.16mBq/L[4]略微高一些。天津市地下水中226Ra的含量总体表现出沿海地区地下水中的226Ra要比内陆地区的偏高一些，塘沽、汉沽、大港这几个沿海地区地下水中的226Ra的活度浓度都在8mBq/L以上，而其他内陆区县的地下水中226Ra的活度浓度相对要偏低些。天津市地热流体中的226Ra活度浓度的平均值为170mBq/L，比地下水高出几十倍，并且不同深度的地热流体，其226Ra活度浓度差别也很大。226Ra活度浓度偏低地区属于主要开采埋藏深度较浅的明化镇组、馆陶组、东营组等孔隙型地热流体，平均只有20.3mBq/L，而226Ra活度浓度偏高地区主要是开采埋藏深度较大的奥陶系、寒武系、蓟县系雾迷山组基岩岩溶裂隙型地热流体，平均为440mBq/L。
2.2.440K天津市地下水中的40K的活度浓度平均值为81.8mBq/L，属于正常本底水平，低于全国的平均值191.9mBq/L[4]。受海水的影响，天津市地下水中40K的含量总体表现出沿海地区地下水中的40K要比内陆地区的偏高，塘沽、汉沽、大港这几个沿海地区地下水中的40K的平均含量在100mBq/L以上，而其他区县地下水中的40K的平均含量相对较低，偏高地区分布比较散。天津市地热流体中的40K的活度浓度平均值为6.34×102mBq/L，比地下水高出近10倍，并且不同深度的地热流体，其40K含量差别也很大。40K含量偏低地区其地热流体都是埋藏深度较浅的明化镇组、馆陶组、东营组等孔隙型地热流体，平均只有97.2mBq/L；而40K含量偏高地区其地热流体都是埋藏深度较深的奥陶系、寒武系、蓟县系雾迷山组基岩岩溶裂隙型地热流体，平均为1.58×103mBq/L。这是由于深层热储层中的钾含量比浅层高得多的缘故。
2.2.5氡天津市地下水中氡的活度浓度平均值为8.3×103Bq/m3，属正常本底水平，其分布特征与地下水中226Ra的分布特征接近。天津市地下水中氡含量偏高的区域主要是塘沽、汉沽和大港区等沿海地区，活度浓度都在8×103Bq/m3以上，个别地区超过了1×104Bq/m3，而内陆区县的活度浓度水平与226Ra也非常接近。这是因为我们通常说的氡都指的是222Rn，而222Rn是226Ra通过α衰变产生的子体，所以226Ra活度浓度偏高的地区，其222Rn的活度浓度也会相对偏高。天津市地热流体中氡的活度浓度平均值为3.6×103Bq/m3，属于正常偏低的本底水平，且只有地下水平均氡含量的一半。天津市地热流体中氡的相对高浓度值主要集中在沧县隆起地区，这表明地质条件对氡气的运移及富集有较大影响。地下水一般埋藏较浅，主要分布在第四系地层，而第四系是从岩石风化、河道海岸泥沙冲积形成，其土层内孔隙丰富，其它岩层中扩散的氡极易在此层富集，故该层水中氡含量偏高。
3地下水和地热流体中天然放射性核素所致居民剂量评价
3.1地下水中天然放射性核素所致居民剂量估算及评价天津市地下水主要用途是农田灌溉、工业用水、居民饮水和生活用水，而地下水中天然放射性核素对居民的影响主要是由居民饮水所致，因此需对居民饮用地下水所致的居民剂量进行估算。采用GB18871—2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》[5]中推荐的剂量估算公式和剂量转换参数估算由饮水所致内照射剂量：H50=k×cA×V式中，H50为待积有效剂量，即人体摄入放射性物质后在其后50年内将要累积的剂量，Sv；k为剂量转换系数，Sv/Bq；cA为水中放射性核素活度浓度，Bq/L；V为人一年内的饮水量，L（一般取730L）。将总U和Th的含量换算成238U和232Th的活度浓度值，考虑到40K在人体内受到体内平衡量的严格控制而不随摄入量变化，正常情况下40K所致内照射剂量由人体平均活度浓度决定，因此，我们采用UNSCEAR（联合国原子辐射效应科学委员会）1993年报告书[6]推荐的人体内40K所致待积有效剂量估算值（1.65×10-7Sv）。估算结果列于表5。由表5可以看出，天津市居民每年饮用地下水摄入的天然放射性核素所致总待积有效剂量为6.35×10-5Sv，其中氡所致待积有效剂量为6.07×10-5Sv，约占总待积有效剂量的95.65%，其余4种放射性核素的贡献总和约为4.35%。可见，地下水所致内照射剂量主要来源于地下水中的氡。其余核素对总剂量贡献大小顺序为：226Ra＞238U＞40K＞232Th。人类和动物研究的数据表明，低剂量和中等剂量水平的辐射照射可以增加癌症的远期发病率，尤其是动物试验表明，辐射照射可以导致遗传畸形发生率的升高。但如果放射性核素的浓度低于指导水平（相当于待积有效剂量低于1×10-4Sv，世界卫生组织2004年制定的《饮用水水质准则》第三版中[7]推荐的1年内摄入饮水所致的待积有效剂量限值的参考水平为1×10-4Sv。），摄入饮用水预期不会造成辐射损伤效应。每年天津市居民由饮用地下水摄入的5种天然放射性核素所致的总待积有效剂量为6.35×10-5Sv，小于1×10-4Sv，由此可以肯定天津市地下水的放射性水平是安全的，不会对饮用地下水的居民造成危害。
3.2地热流体中天然放射性核素所致居民剂量估算及评价天津市的地热流体资源主要用于居民采暖，部分用于温泉洗浴、生活热水、水产养殖等领域，其中用于居民采暖、温泉洗浴和水产养殖的地热流体，由于未被人体直接食入，所以其中的放射性核素总U、Th、226Ra和40K不会对人体造成直接内照射，对人体的影响较小。由于部分地热流体用于居民的生活热水，尤其是作为饮用矿泉水时，地热流体会被人体直接摄入，其含有的天然放射性核素会对居民产生直接内照射，所以有必要对饮用地热流体造成的辐射剂量进行评价。评价的具体程序与地下水中天然放射性核素所致居民有效剂量估算与评价的步骤一样，在此就不再详述，而只把估算结果和评价意见列出来，具体结果列于表6。由表6可以看出，天津市居民每年饮用地热流体摄入的天然放射性核素所致总待积有效剂量为6.17×10-5Sv，其中226Ra所致待积有效剂量为3.47×10-5Sv，约占总待积有效剂量的56.24%，氡所致待积有效剂量为2.66×10-5Sv，约占总待积有效剂量的43.17%，其余3种放射性核素的贡献总和约为0.59%。可见，地热流体所致内照射剂量主要来源于地热流体中的226Ra和氡。其余核素贡献大小顺序为：40K＞238U＞232Th。根据世界卫生组织2004年制定的《饮用水水质准则》第三版中推荐的1年内摄入饮水所致的待积有效剂量限值的参考水平为1×10-4Sv，而每年天津市居民由饮用地热流体摄入的5种天然放射性核素所致的总待积有效剂量为6.17×10-5Sv，小于1×10-4Sv。但这并不能说明居民饮用地热流体是安全的，因为地热流体中由放射性核素226Ra所致待积有效剂量约占总待积有效剂量的56.24%，而226Ra是一种剧毒放射性核素，进入人体后主要沉积在人体的骨骼内，对人体的危害非常大。这里是以地热流体中226Ra的平均活度浓度1.7×102mBq/L进行评价的，而实际地热流体中226Ra的活度浓度最高可达到2×103mBq/L以上，尤其是埋藏较深的奥陶系、寒武系、蓟县系雾迷山组基岩岩溶裂隙型地热流体，平均活度浓度达到4.4×102mBq/L，如果按照这个浓度进行估算，地热流体造成的辐射剂量将超过1×10-4Sv，所以建议居民不要直接饮用未经处理的地热流体。
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