中国环境科学
CHINA ENVIRONMENTAL SCIENCE
1999年　第19卷　第1期 Vol.19 No.1 1999



广东省下庄和南雄铀矿区周围大气环境氡浓度调查
陈迪云　陈智营　胡瑞英　陈信广　陈永亨
摘要：对广东省下庄和南雄两个铀矿区的大气氡环境地球化学进行了研究.矿区废渣和坑道口释放出来的氡气对周围大气形成了氡污染,特别是在矿区周围1～2km范围内的污染严重.但是空气中的氡污染随着离矿区的距离增大而迅速减弱.矿区周围居民室内氡的浓度高,是广东省室内氡浓度平均值的7～8倍左右.在进行调查的29个居室中,有9个(31%)居室内氡浓度超过美国环境保护局制定的0.15Bq/L室内氡浓度的上限值.居室中氡浓度的升高,除了受矿区释放出来的氡污染外,还因为本地区属高本底辐射区,房基下的土壤、岩石和建筑材料中的铀、镭等放射性元素的含量高,其放射性衰变产生的氡释放出来进入室内.
关键词：铀矿区；环境氡污染；环境地球化学；粤北
中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：1000- 6923(1999)01- 0091- 06
Radon of atmosphere in Xiazhuang and Nanxiong uranium deposit areas,Guangdong Province.
CHEN Di-yun1,CHEN Zhi-ying2,HU Rui-ying3,CHEN Xin-guang4,CHEN Yong-heng1(1.Environmental and Applied Chemistry Institute,Guangzhou Normal University,Guangzhou 510400,China;2.Zhuhai Environmental Monitoring Station,Zhuhai 519000,China;3.Guangzhou Institute of Geochemistry,Chinese Academy of Science,Guangzhou 510640, China;4.The Institute of No.290,Geology Bureau of South China,Shaoguan 512000,China).China Environmental Science. 1999, 19(1)：91～96
Abstract：According to the research of radon environmental geochemistry in two uranium deposit areas, Xiazhuang and Nanxiong ,North Guangdong Province, it showed that the air in the range of 1～2km around these areas were seriously contaminated by the radon releasing from the process of uranium exploration and mining；but the contamination level of radon rapidly reduced with the increase of the distance from these areas.The indoor radon concentration of inhabitant around these areas is high, about 7～8 times of the average value of Guangdong. In all the 29 dwellings surveyed,there are 9 dwellings (31%) which have indoor radon levels above 0.15Bq/L, a limit value of indoor radon laid down by U.S. Environmental Protection Agency. The main reason of high level indoor radon concentration is that these areas belong to high background radiation area, so the soil and rocks in house basement have high content of U and Ra with an amount of radon produced,releasing and entering the dwellings.
Key words：uranium deposit area；environmental pollution of radon；environmental geochemistry；North Guandong Province
　　氡是一种气体放射性元素,环境中的氡很容易经过呼吸道进入人体,其放射性衰变,释放出的α、β粒子对人体形成内辐射损伤；此外衰变形成的固体子体可积累在人体的肺部等组织中.人体如长期受氡的电离辐射(ionizing radiation)将诱发肺癌、白血病和呼吸道等疾病.据报道人类受到氡及其子体的照射量占所有天然和人工辐射源照射等总量的50%以上[1],研究表明氡已成为仅次于吸烟的第二大致肺癌因素,因而世界卫生组织将氡列为使人致癌的19种最主要的物质之一[2].解决环境氡的危害是辐射防护研究的首要任务.世界各国纷纷制定室内氡及其子体浓度控制标准及管理规则,降低居民氡及其子体的辐射[3-4].
　　粤北为富铀花岗岩体发育地区(U>13×10-6),自然本底辐射强度高, 同时在该区进行了30余年的铀矿勘探工作.铀是氡的母体元素,可以通过放射性系列衰变形成氡气.而且在几十年的勘探过程中,大量富含铀、镭等放射性元素的矿渣和副产矿石、坑道废水排入生态环境中,这些排放物不断释放氡.坑道口长期敞开,释放出来的大量氡气直接进入大气,污染居民的生活环境.为了查明粤北铀矿勘探开采区氡及其子体的环境辐射对周围居民生活环境的影响,选择了下庄及南雄两个矿区,一方面选择顺风方向测定了从中心向外大气氡的浓度变化,以研究矿床的勘探和开采对周围大气氡污染情况,与此同时研究居民室内外的氡浓度水平,并初步探讨了居民室内氡的主要来源.
1 研究区的基本情况
　　南雄矿区位于南岭,属于粤北山地,植被发育.矿区邻近北回归线,高温多雨,年平均气温为19.6 0C,年降雨量1789.5mm.区内水系发育,均属广东北江水系,地表径流常年受到地下水的补给,沟谷溪流密布,水资源丰富.研究区内居民的饮用水以地下水为主.研究区内人口分布较密,主要粮食作物是水稻,其它粮食作物有玉米、红薯、小麦等.淡水养殖及畜牧业也较为发达. 矿区内构造发育主要为北东向断裂构造.区内的岩石类型以花岗岩为主,其次是千枚岩和板岩.
　　下庄矿区位于广东省翁源县、连平县及江西省全南县交界处.研究区内涉及江西省全南县的大庄乡,广东省始兴县司前乡、翁源县的岩庄乡和连平县的贵东乡.矿区位于九连山中断分叉处,山脉主峰从矿田中部并沿两省交界处穿过,将矿区水系分成长江和珠江两大水系.区域地形总趋势是由东北向西南倾斜,地形陡峭,走向复杂,为中高山区.区内属南亚热带气候,具有典型的山地气候特征,年平均气温200C,年降雨量为1573.3mm.由于地形陡峭,丰水期有时会发生山洪爆发,亦有泥石流的发生.矿区内有4个乡镇,工业不发达,居民收入主要靠农业和林业.农业以水稻为主,主要经济作物有甘蔗、香菇和木耳等.矿区构造岩浆活动频繁,火成岩有花岗岩、辉绿岩和石英岩脉；沉积岩有砾岩、砂岩和页岩.
2 放射性地质背景及污染源调查
　　下庄和南雄两矿区大面积分布富铀花岗岩(U>13×10-6),γ吸收剂量率测定结果表明(表1),研究区的γ吸收剂量率是粤北地区平均值的2～4倍.对矿渣、副产矿石的总量,分布面矿坑的废水排出量,矿渣和副产矿石的氡析出率,γ照射量率等都作了调查(表2).
表1 下庄、南雄矿区γ吸收剂量率测定结果(10-8J.kg/h)
Table 1 The results of absorbing dosage rate in Xia-
zhuang and Nanxiong ore district(10-8J.kg/h)*
测点位置测点数范围平均值
粤北矿区
　
下庄矿区室内
室外
道路
室内14
14
49
2514.8～41.1
11.0～21.8
9.1～34.4
14～4026.7
17.6
18.9
26.8




粤北平均值室外
道路
　221
60
　10.6～91.8
20.0～58.8
　24.9
20.7
7.75

注：* 由华南地质局290所采用FT-620环境γ照射剂量率仪完成
表2 下庄和南雄两矿区放射性环境调查结果*
Table 2 The results of environmental investigation
of radiation in Xiazhuang and Nanxiong ore district
测定项目下庄矿区南雄矿区
坑道涌水量(t/a)
洞探工作量(m)
渣堆覆盖面积(m2)
渣堆总重量(t)
副产矿石总重量(t)
副产矿石品位(%)
渣堆γ吸收剂量率(10-8 J.kg/h)
渣堆氡析出率(Bq/m2s)　
89460
565512.37
12929
0.25
146

5.24.73×105

9590
17150
90150
456
0.114
61.04
3.2
渣 大气氡浓度(Bq/L)0.250.28
堆　氡子体潜能浓度(J/m3)3.2×10-63.4×10-6
坑道　大气氡浓度(Bq/L)20.514.78
口内　氡子体潜能浓度(J/m3)1.76×10-51.39×10-5

注：* 核工业华南地质局290所陈信广等完成,氡析出率采用配有积累箱的FD-3017瞬时测氡仪测定
　　调查结果表明副产矿石和渣堆的铀含量高,渣堆的γ吸收剂量率以及渣堆和坑道口上方的氡及其子体的浓度很高,其γ吸收剂量率是粤北地区γ吸收剂量率(7.75×10-8J.kg/h)的8～20倍,氡及其子体的浓度也高于广东省的平均值(Rn: 0.019Bq/L; Rn子体:5.7′ 10- 8J/m3)的几倍到几十倍.这些放射性较高的物质进入生态系统后,将会对居民生活环境形成放射性污染.
3 矿区周围大气环境氡的测定
3.1 测定方法
　　以矿床为中心,对以3～5km为半径圆形范围内的居民区进行研究,并将选定的研究区划分为16个扇形子区.下庄矿田选择了石围角、仙仁嶂和竹筒尖3个研究区,南雄矿床选出江头和坪田两个研究区.对选定研究区的各子区选择综合研究点,首先进行居民生活环境中γ辐射剂量率测定,测定时仪器的探头离开地面1km,每个综合点同时测定原野、道路、建筑物室内外等.每一个综合研究点还选择1～2户居民同时测定室内、外氡及其子体的浓度.并以矿区为中心,沿顺风方向进行原野中氡及其子体的浓度测定,以探讨矿区氡污染源对矿区下风方向的大气氡影响.氡测定的取样位置一般在人的呼吸带,即离开地面1.5～1.7m的高度,并做好日期、地点、天气、测定数据等方面的记录.同时选择离矿区中心5km以上不同方位的4个点进行空气中氡及其子体的测定以此作为本研究区的本底值.
　　大气氡的测定方法很多,按测量的时间分为瞬时(微分)和累积(积分)2种.前者一般指测定时间为数秒到数十分钟,后者为几小时到数月.本次研究的主要目的是探讨矿区周围大气氡浓度(包括室内外)空间变化,所以采用瞬时氡浓度测定方法.选用能量效应好、灵敏度高、仪器本底效应小的国内较先进的FT-636便携式测氡仪进行氡浓度及子体浓度的测定,每一点的测定时间均为2min.同一研究区的氡测定尽量在一天内完成.在野外实地测定时,每次氡及其子体收集之后,更换一个新的不锈钢片,以消除测定氡浓度时本底的污染.
3.2 测定结果
　　根据上述测定方法对研究居民环境中伽玛辐射强度、氡及其子体的浓度实地测定,结果见表3,表4.
表 3 居民生活区原野中氡及其子体的平均浓度
Table 3 Concentrations of radon and itdaughters in field
矿区研究区测定项目0～500
(m)500～1000
(m)1000～2000
(m)2000～3000
(m)3000～4000(m)
　
　
　
下
庄
矿
田石围角222Rn×10-1 (Bq/L)1.20.960.570.490.34
　氡子体×10-7(J/m3)2.241.951.20.960.46
仙人嶂222Rn×10-1 (Bq/L)1.000.941.191.361.04
　氡子体×10-7(J/m3)1.40.180.242.722.10
竹筒尖222Rn×10-1 (Bq/L)1.31.010.780.950.28
　氡子体×10-7(J/m3)2.511.901.501.770.37
本底值222Rn×10-1 (Bq/L)0.25　　　　
　氡子体×10-7(J/m3)0.37　　　　
　
　
南
雄
矿
床江头222Rn×10-1 (Bq/L)0.820.550.720.300.31
　氡子体×10-7(J/m3)0.900.670.510.310.28
坪田222Rn×10-7 (Bq/L)4.402.600.290.210.25
　氡子体×10-7(J/m3)1.623.190.530.440.32
本底值222Rn×10-1 (Bq/L)0.21
　氡子体×10-7 (J/m3)0.31
广东省平均值* 222Rn×10-1 (Bq/L)0.15
　氡子体×10-7 (J/m3)0.46

注：* 广东省放射性卫生所吴增汉提供资料
　　沿矿区中心顺风向测定,获得矿区下风方向原野中氡及其子体的测定结果,可以看出两矿区氡及其子体的平均浓度值变化大,氡为0.011～0.44Bq/L;氡子体为2.80×10-8～31.46×10-8J/m3.矿区周围(1～2km)的居民生活环境中大气氡及其子体的平均值高,一般在0.10～0.15 Bq/L,最高达0.44Bq/L,显著高于该地区的本底值.居民点室内外氡的测定结果表明,2个矿区周围居民室内外氡浓度及其子体潜能浓度高,室内氡浓度一般为0.15Bq/L左右,高于广东省室内氡浓度平均值(0.019Bq/L)的7～8倍.在29个进行氡测定的居室中,有9个(31%以上)超过美国环保局制定的室内氡浓度0.15Bq/L的上限值,有两个超过国际辐射防护委员会制定的0.2 Bq/L的上限值.
4 讨论
4.1 废渣和坑道口的氡释放是周围居民大气氡重要的污染源
　　矿区放射性环境污染调查表明,在勘探和开采过程中排放出大量废渣和副产矿石,其中铀的含量高(下庄0.25%;南雄0.11%).这些废渣一般都没有经过处理而露天堆放在矿区周围,其氡的析出率高(下庄5.2Bq/L;南雄3.2 Bq/L),析出的氡直接进入大气中,因而废渣堆上方大气的氡浓度高(下庄0.35Bq/L;南雄0.28Bq/L).坑道的挖掘形成低压环境,并连通了矿区中的断裂和裂隙,裂隙和断裂中的氡不断向坑道迁移,同时坑道壁也不断析出氡气,特别是在矿体及其附近,岩石的铀、镭等放射性元素的含量高,且岩石的破碎程度高,其氡的析出率就更高,因而坑道中的氡浓度很高.而大多数坑道口长期自然敞开,氡气不断从洞口析出,在坑道口上方的大气氡浓度高(下庄20.5Bq/L;南雄14.8Bq/L).因此,废渣和坑道口的氡释放是矿区周围大气氡的重要污染源.
4.2 矿区污染源的氡释放对周围大气氡污染范围的有限性
　　从污染源中释放出来的氡,由于浓度差向周围扩散,同时向下风向迁移,因而在矿区的下风向产生的氡污染范围应当最大.依据矿区部门的资料,选择主风向,以矿床为中心,沿主风向测定氡及其子体浓度,以研究其空气变化规律.结果表明(表4)矿区周围1～2km范围的氡及其子体的浓度很高,而随离矿区中心距离的增大而迅速减少,到4～5km处已接近氡浓度的本底值.这一结果表明污染源的氡释放对矿区周围大气形成了氡污染,但污染较严重的范围一般不超过离矿区中心2km.这主要是由于氡的半衰期较短(3.8d),在向外迁移过程中随着放射性衰变浓度不断降低.据此可以认为污染源释放出来的氡放射性气体通过大气介质迁移对周围环境的污染范围有限.
表4 室内外空气中氡及其子体的浓度
Table4 Concentration of radon and itdaughters in indoor and outdoor
矿区研究区居民点居民点所在
的子区氡浓度
(室内,Bq/L)氡浓度
(室外,Bq/L)氡子体(室内)
×10-7(J/m3)氡子体(室外)
×10-7(J/m3)
　
　
下
庄
矿石
围
角石围角2-20.140.162.672.54
大塘肚4-30.100.092.161.96
下 斜12-30.120.102.402.24
　郭 屋1-50.160.153.002.82
　下 庄16-50.180.163.673.34
　半 溪15-50.190.163.823.42
　径 尾9-50.020.010.270.25
　三 房12-50.020.020.400.36
仙
人
嶂仙人嶂12-30.180.163.363.20
张光营2-60.180.153.423.12
坑尾头16-60.120.093.072.91
　　标 下15-50.190.174.274.06
　竹
筒
尖斜 仔5-40.170.163.283.12
　礼 岭5-50.140.132.612.48
　合水口15-50.020.010.272.52
　
　
　
南
雄
矿坪
田老 龙15-50.030.020.440.86
老 宅9-50.020.070.940.53
　中 坪11-30.040.030.400.44
　坪 潮7-40.050.020.650.56
　横 岭1-50.150.030.800.58
　背 径16-40.300.431.543.13
　李 坑8-20.300.291.541.64
江
头正 山16-50.020.010.320.33
下氡坑16-40.100.070.950.64
　江 头8-20.0230.120.410.52
　管 田16-40.030.030.290.29
　遥山15-40.030.060.450.70
　拦 田14-30.020.030.470.70
　纹 坑3-30.050.041.151.10
广东省平均值　0.0190.0150.540.47

4.3 室内外氡浓度
　　居民室内外氡浓度测定结果表明,研究区室内氡浓度一般比室外的氡浓度高.但临近矿区居民点的室外氡浓度高于室内.这是氡通过各种途径进入室内,随时间积累所致.世界不同地区的研究结果表明,室内氡浓度一般为室外的1～10倍.但邻近矿区的居民点室外氡浓度高于室内氡浓度(如临近矿区的居民点李坑、石围角及江头等),可能是这些点离矿区近,其室外大气受到矿区释放出来氡污染严重,室外大气中氡浓度升高,因而出现室外氡浓度高于室内的情况.
4.4 室内氡浓度的差异及来源的多样性
　　同一矿床的不同研究区,甚至同一研究区的不同综合研究点室内氡的浓度差异很大.如石围角氡浓度为0.017～0.188Bq/L;竹筒尖氡浓度为0.019～0.172Bq/L;坪田为0.013～0.301Bq/L;浓度相差10～30倍.室内外氡及其子体的浓度强烈的不均匀性,可以反映居室氡来源的多样性和影响因素的复杂性.前人的研究表明,室内氡有多种来源,如地基下的土壤和岩石、建筑材料生活、用水、室外大气和地下深部的氡等[5,6].本研究区居室氡浓度与居室离矿床中心距离的相关性不明显,说明矿区勘探和开采产生的氡污染不是室内氡浓度的主要影响因素.该区属高本底辐射区,房基的土壤和岩石中铀、镭等放射性元素的含量高,相应地氡的浓度也高.其中的氡可以通过扩散和渗透进入室内;居民建筑屋的建筑材料大多就地取材,显然,建筑材料中铀、镭等放射性元素的含量高,衰变形成的氡析出进入室内;镭和氡等放射性元素易溶于水,当地居民主要用井水(浅层地下水)作为生活用水,这些水在其运移过程中可以溶解大量的镭、氡的放射性元素.在做饭和洗浴等生活用水时,由于水温的升高,氡在水中的溶解度降低,氡从水中释放出来进入室内.氡不仅有上述多种来源,而且还受到房屋结构、通风状况和气候条件等因素的控制,因此,研究区室内氡浓度变化很大.
4.5 自然本底辐射与居室内氡
　　研究表明粤北两铀矿区周围居民室内氡浓度高,有的房间已超过室内氡浓度的上限值.前面的分析已表明矿区废渣和坑道口的氡释放并不是室内氡浓度升高的主要影响因素,而室内氡主要来源于房基的土壤和岩石、建筑材料和生活用水等.氡是由其母体铀、镭的放射性衰变形成.所以室内氡浓度的高低最终取决于岩石和土壤中铀、镭等放射性元素含量的多少.也就是说引起研究区室内氡浓度高的主要因素是该区高的自然本底辐射.
4.6 污染防治建议
　　研究发现由于废渣的露天堆放及坑道口的自然敞开,其氡的释放已对矿区周围大气环境形成了氡污染,特别是在1～2km范围内的污染较严重,因而建议立即封闭坑道口,埋藏废渣以消除氡的大气污染.据北京市安防局的研究结果,用放射性元素含量低的粘土覆盖废渣,可大大降低废渣的氡析出率.建议采用粘土填埋处理废矿渣.
5 结论
　　粤北下庄和南雄两铀矿区大气环境氡浓度水平高,尤其矿区周围31%的住房室内氡浓度超过美国环境保护局规定的0.15Bq/L的室内氡浓度上限值.氡浓度高的原因是研究区属于高本底辐射区,岩石土壤、建筑材料中放射性元素的铀、镭的含量高,因而氡的析出率高;铀矿勘探开采对周围大气环境的氡污染.建议用放射性含量低的粘土填埋矿渣和副产矿石,封闭坑道口,降低矿区周围大气环境氡污染.
基金项目：广东省自然科学基金(950628)、博士后研究基金联合资助项目
作者简介：陈迪云(1964-),男,湖北大治县人,博士后,广州师范学院环境应用化学研究所副研究员,主要从事环境地球化学、环境化学的教学与研究工作.承担广东省自然科学基金项目“广东省高本底辐射区氡的环境地球化学”等项目的研究.发表论文20篇.
作者单位：陈迪云　陈永亨　广州师范学院环境应用化学研究所,广东 广州 510400；
　　　　　陈智营　珠海市环境监测中心站,广东 珠海 519000；
　　　　　胡瑞英　中国科学院广州地球化学研究所,广东 广州 510640；
　　　　　陈信广　华南地质局290所,广东 韶关 512000
参考文献：
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收稿日期：1998-04-06
