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#方志动态# 南京记忆 | 赖国考（四）：古赖国属地的历史变迁
根据地方志的记载，我将古赖国属地的变迁胪陈如下：
一、赖国（？——前538年）
赖国始封时间不清楚，大概在西周时期。因其弱小依附于吴国，是吴国的附庸。周景王七年（前538）灭于楚，赖子播迁，迁徙情况不详。赖国的活动除了赖子向楚灵王投降，其他未见文献记载。
二、濑渚邑（前538年——前221年）
赖国灭亡后，楚灵王没有来得及“迁许于赖”，其地当年冬天十一月就被吴国收复。因赖子迁走，这里不再是赖子采邑，吴国将其变为属县，改为濑渚邑（县）。《万历溧水县志》：“溧水，春秋时属吴，名濑渚邑。”又曰，“鲁昭公四年，楚伐吴，遂灭赖。赖，即今之濑也。”濑渚邑的前身是古赖国，“地仍其旧，则名亦仍其赖而已”（《万历溧水县志·邑名》）。
濑渚邑，又作濑渚县。南宋《景定建康志》引《滕（胜）公庙记》：“固城，吴时濑渚县也。”邑，亦县也，是县的别称。春秋时期，诸侯大国常将掠夺来的土地赏给亲近侍卫及有功大臣，而有些边远地区的小国，被灭掉后就改设为县，进行直接管理。最初的县都设在边远地带。最早在领地内设县管理的是楚国，吴国及一些大国也继起效仿。范文澜在《中国通史》中说：“东周时期，含有进步意义的制度，在某些大国里通行起来，‘楚灭九国，改设九县’。”赖国变成濑渚邑（县），管理制度上发生了变化，这是的历史的进步。
改“赖”为“濑”，大概是因为这里是水乡泽国，地曰濑渚；水曰濑水，或曰濑湖。《辞源》：“渚，水中小块陆地，水边亦曰渚。”段玉裁《说文解字注》：“溧水，即永阳江之上源，大江之水南汇于此，江上有渚曰濑渚。”赖国改为濑渚邑，地名非常写实。
春秋末期，濑渚地区极不平静，经常硝烟弥漫，战争一直不得消停，濑渚邑今天属吴，明天属楚。为躲避楚国的攻击，吴国曾将县邑迁到陵平山下（今溧阳境内），改为陵平邑。
周景王十六年（前529），楚国攻打吴国，败吴军，取陵平邑，改为平陵邑，赖地属楚。
周敬王十四年（506）伍子胥伐楚，烧固城，大败楚军，赖地回归吴国。
周元王三年（前473）勾践灭吴，赖地为越国所有。
周显王十四年（前355），楚国灭掉越国，赖地在楚国境内。楚怀王时，楚国使用阴谋手段，派召滑到越国为相，制造了越国的内乱，趁机占有了濑湖地区，打开了进攻越国的大门，进一步控制了整个江东地区。
范环对楚怀王曰，“且王尝用滑于越，而纳句章，昧之难，越乱，故南察濑湖而野江东。”——《战国策·楚策》
楚国人一直视濑渚地区为战略要地，欲把这里作为进攻吴国、越国的跳板，以实现控制江东的目的。“察濑湖而野江东”是楚国几代人的梦想，从楚灵王的灭赖国，到楚怀王的取濑渚，这个梦想终于实现了。此后一百多年里，赖地一直为楚国领地。
公元前223年，秦灭楚，赖地属秦。
三、 溧阳县（前221年——591年）
公元前221年，秦始皇统一天下，废除分封制，实行郡县管理。设溧阳县，属鄣郡。溧阳，因境内的溧水而得名。溧水，就是古代的中江，亦名濑水。山南水北为阳，县在溧水北面，故曰溧阳，古人也有称溧阳为濑阳。
《辞源》：“溧水，水名，在江苏溧阳县，也作陵水，一名濑水，又名永阳江。即《汉书·地理志》所谓中江。《史记》六六《伍子胥传》：‘伍胥惧，乃与胜俱奔吴。到昭关，昭关欲执之。伍胥遂与胜独身步走，几不得脱。追者在后。至江，江上有一渔父乘船，知伍胥之急，乃渡伍胥。’江即溧水。源出安徽芜湖县，东流经高淳、溧阳、宜兴入荆溪，东注太湖。自东坝既成，又改由芜湖西出长江。
秦、汉时溧阳县的治所在固城，古赖国在溧阳境内。
四、 溧水县（591年——1493年）
隋开皇九年（公元589年）大将韩擒虎、贺若弼分别从朱雀门、西掖门打进建康城，焚烧城楼，拆毁城墙，建康城变成一片废墟，他们要把这个六朝金粉之地变成耕牧之区。为了消除陈在江南统治的影响，隋王朝对陈辖地的行政区重新规划调整：废掉了丹阳郡；撤掉建康县，将建康县、秣陵县、同夏县并入江宁县。废掉丹阳县，分割溧阳县；将丹阳县东境与溧阳县的西北境合并为溧水县。隋朝开皇十一年（591）溧水建县，属蒋州。原来在溧阳西北境的古赖国，自隋朝开皇十一年，便划入溧水县境内。历隋、唐、宋、元、明，古赖国在溧水县境内留存了近千年。
五、 高淳县（1493年—— ）
弘治五年十二月（1493·1），析溧水县西南七乡置高淳县，属应天府。原在溧水县南九十里的固城归入高淳县，自此古赖国在高淳县境内。高淳县，今为高淳区，属南京市。
结 束 语
一、方志记载与《春秋》《左传》《史记》等古文献的叙事是相契合的。
《左传·昭公四年》记载斗韦龟、公子弃疾修筑赖城事，这从方志收录的古固城资料中得到了印证。古固城究竟原为吴所筑，还是楚所筑，我们已无法弄清；公子弃疾是新建赖国城，还是修缮古固城，我们也无法断定，但古赖国修筑了城邑这是可以肯定的，这不仅有史传、方志的记载，还有古固城遗址作为证据。固城见载于《左传》，春秋时期它已名著史册，古固城就是赖国城，这是可信的史实。
《左传》叙事表明赖国在吴、楚边境，且邻近朱方，而固城镇正当其地。固城镇今在苏皖交界处，南接宣城、广德，西邻芜湖、巢湖，东连溧阳、宜兴，此地正是春秋时吴、楚相邻的中间地带。固城镇与丹徒距离也不甚遥远，1983年之前溧阳县、溧水县、高淳县、丹徒县同属镇江地区，都归镇江行政公署管辖。固城距离丹徒仅 120公里，徒步也就三五天行程。如此之近的距离，当年楚灵王克朱方后“遂灭赖”，这是完全可行的。固城的地理位置与《左传》叙事是相契合的。
如果说《景定建康志》《至正金陵新志》《溧水县志》这类郡县方志，记载古赖国在溧水县境内，可能囿于地域之见，而《太平寰宇记》是北宋的全国地理总志，《南畿志》是留都南京所辖应天府及江淮南北十三府、四州的地理总志，都是汇聚了全国优秀的历史、地理学者编纂的。这些志书，包括官修的《一统志》，都言之凿凿说古赖国在溧水县境内，我想些专家学者们总不会捕风捉影凭空杜撰；方志中的记载的古固城史料总不会是不加考证的空穴来风！
二、溧阳、溧水的得名留有古赖国的痕迹
《公羊传》《榖梁传》将“灭赖”写作“灭厉”，“厉”与“溧”今天读音完全相同。不过，古代“厉”读若“赖”，《战国策》“豫让又漆身而为厉”，“厉”也读“赖”。是否古代“溧”也读“赖”呢？极有可能。今天溧水方言读“溧”为入声，高淳方言“溧、赖”发音相近。南朝陶弘景《真诰》“夫至珍者，万乘不能激其名，投金溧女是也”，唐李白《濑水贞义女碑》“还吴雪耻，投金濑沚”。陶弘景笔下的“投金溧”，就是李白文中的“投金濑”。溧即濑，溧水即濑水，“溧”与“濑”古代同源同义，直到今天发音仍然相近。
由赖而濑，由濑而溧，地名虽然变化了，但变化中有因袭，在新地名中保留某些原地名的元素，以示其渊源关系。是否可以这样说，秦朝的溧阳，隋朝的溧水，其县名仍留有濑渚邑，甚至古赖国的痕迹，只是古赖国渐行渐远，这些痕迹被磨灭得不易觉察罢了。
溧阳市、溧水区、高淳区三地的历史均开篇于春秋时期的古赖国，这是有历史依据的。三地同根同源，其历史文化都植根于古赖国，而我们对于古赖国的历史知之甚少，我写此文的目的，想引起大家对古赖国探讨的兴趣。
拟稿：傅章伟
审稿：王达云
审核：窦予然
发布：梁 刚
根据地方志的记载，我将古赖国属地的变迁胪陈如下：
一、赖国（？——前538年）
赖国始封时间不清楚，大概在西周时期。因其弱小依附于吴国，是吴国的附庸。周景王七年（前538）灭于楚，赖子播迁，迁徙情况不详。赖国的活动除了赖子向楚灵王投降，其他未见文献记载。
二、濑渚邑（前538年——前221年）
赖国灭亡后，楚灵王没有来得及“迁许于赖”，其地当年冬天十一月就被吴国收复。因赖子迁走，这里不再是赖子采邑，吴国将其变为属县，改为濑渚邑（县）。《万历溧水县志》：“溧水，春秋时属吴，名濑渚邑。”又曰，“鲁昭公四年，楚伐吴，遂灭赖。赖，即今之濑也。”濑渚邑的前身是古赖国，“地仍其旧，则名亦仍其赖而已”（《万历溧水县志·邑名》）。
濑渚邑，又作濑渚县。南宋《景定建康志》引《滕（胜）公庙记》：“固城，吴时濑渚县也。”邑，亦县也，是县的别称。春秋时期，诸侯大国常将掠夺来的土地赏给亲近侍卫及有功大臣，而有些边远地区的小国，被灭掉后就改设为县，进行直接管理。最初的县都设在边远地带。最早在领地内设县管理的是楚国，吴国及一些大国也继起效仿。范文澜在《中国通史》中说：“东周时期，含有进步意义的制度，在某些大国里通行起来，‘楚灭九国，改设九县’。”赖国变成濑渚邑（县），管理制度上发生了变化，这是的历史的进步。
改“赖”为“濑”，大概是因为这里是水乡泽国，地曰濑渚；水曰濑水，或曰濑湖。《辞源》：“渚，水中小块陆地，水边亦曰渚。”段玉裁《说文解字注》：“溧水，即永阳江之上源，大江之水南汇于此，江上有渚曰濑渚。”赖国改为濑渚邑，地名非常写实。
春秋末期，濑渚地区极不平静，经常硝烟弥漫，战争一直不得消停，濑渚邑今天属吴，明天属楚。为躲避楚国的攻击，吴国曾将县邑迁到陵平山下（今溧阳境内），改为陵平邑。
周景王十六年（前529），楚国攻打吴国，败吴军，取陵平邑，改为平陵邑，赖地属楚。
周敬王十四年（506）伍子胥伐楚，烧固城，大败楚军，赖地回归吴国。
周元王三年（前473）勾践灭吴，赖地为越国所有。
周显王十四年（前355），楚国灭掉越国，赖地在楚国境内。楚怀王时，楚国使用阴谋手段，派召滑到越国为相，制造了越国的内乱，趁机占有了濑湖地区，打开了进攻越国的大门，进一步控制了整个江东地区。
范环对楚怀王曰，“且王尝用滑于越，而纳句章，昧之难，越乱，故南察濑湖而野江东。”——《战国策·楚策》
楚国人一直视濑渚地区为战略要地，欲把这里作为进攻吴国、越国的跳板，以实现控制江东的目的。“察濑湖而野江东”是楚国几代人的梦想，从楚灵王的灭赖国，到楚怀王的取濑渚，这个梦想终于实现了。此后一百多年里，赖地一直为楚国领地。
公元前223年，秦灭楚，赖地属秦。
三、 溧阳县（前221年——591年）
公元前221年，秦始皇统一天下，废除分封制，实行郡县管理。设溧阳县，属鄣郡。溧阳，因境内的溧水而得名。溧水，就是古代的中江，亦名濑水。山南水北为阳，县在溧水北面，故曰溧阳，古人也有称溧阳为濑阳。
《辞源》：“溧水，水名，在江苏溧阳县，也作陵水，一名濑水，又名永阳江。即《汉书·地理志》所谓中江。《史记》六六《伍子胥传》：‘伍胥惧，乃与胜俱奔吴。到昭关，昭关欲执之。伍胥遂与胜独身步走，几不得脱。追者在后。至江，江上有一渔父乘船，知伍胥之急，乃渡伍胥。’江即溧水。源出安徽芜湖县，东流经高淳、溧阳、宜兴入荆溪，东注太湖。自东坝既成，又改由芜湖西出长江。
秦、汉时溧阳县的治所在固城，古赖国在溧阳境内。
四、 溧水县（591年——1493年）
隋开皇九年（公元589年）大将韩擒虎、贺若弼分别从朱雀门、西掖门打进建康城，焚烧城楼，拆毁城墙，建康城变成一片废墟，他们要把这个六朝金粉之地变成耕牧之区。为了消除陈在江南统治的影响，隋王朝对陈辖地的行政区重新规划调整：废掉了丹阳郡；撤掉建康县，将建康县、秣陵县、同夏县并入江宁县。废掉丹阳县，分割溧阳县；将丹阳县东境与溧阳县的西北境合并为溧水县。隋朝开皇十一年（591）溧水建县，属蒋州。原来在溧阳西北境的古赖国，自隋朝开皇十一年，便划入溧水县境内。历隋、唐、宋、元、明，古赖国在溧水县境内留存了近千年。
五、 高淳县（1493年—— ）
弘治五年十二月（1493·1），析溧水县西南七乡置高淳县，属应天府。原在溧水县南九十里的固城归入高淳县，自此古赖国在高淳县境内。高淳县，今为高淳区，属南京市。
结 束 语
一、方志记载与《春秋》《左传》《史记》等古文献的叙事是相契合的。
《左传·昭公四年》记载斗韦龟、公子弃疾修筑赖城事，这从方志收录的古固城资料中得到了印证。古固城究竟原为吴所筑，还是楚所筑，我们已无法弄清；公子弃疾是新建赖国城，还是修缮古固城，我们也无法断定，但古赖国修筑了城邑这是可以肯定的，这不仅有史传、方志的记载，还有古固城遗址作为证据。固城见载于《左传》，春秋时期它已名著史册，古固城就是赖国城，这是可信的史实。
《左传》叙事表明赖国在吴、楚边境，且邻近朱方，而固城镇正当其地。固城镇今在苏皖交界处，南接宣城、广德，西邻芜湖、巢湖，东连溧阳、宜兴，此地正是春秋时吴、楚相邻的中间地带。固城镇与丹徒距离也不甚遥远，1983年之前溧阳县、溧水县、高淳县、丹徒县同属镇江地区，都归镇江行政公署管辖。固城距离丹徒仅 120公里，徒步也就三五天行程。如此之近的距离，当年楚灵王克朱方后“遂灭赖”，这是完全可行的。固城的地理位置与《左传》叙事是相契合的。
如果说《景定建康志》《至正金陵新志》《溧水县志》这类郡县方志，记载古赖国在溧水县境内，可能囿于地域之见，而《太平寰宇记》是北宋的全国地理总志，《南畿志》是留都南京所辖应天府及江淮南北十三府、四州的地理总志，都是汇聚了全国优秀的历史、地理学者编纂的。这些志书，包括官修的《一统志》，都言之凿凿说古赖国在溧水县境内，我想些专家学者们总不会捕风捉影凭空杜撰；方志中的记载的古固城史料总不会是不加考证的空穴来风！
二、溧阳、溧水的得名留有古赖国的痕迹
《公羊传》《榖梁传》将“灭赖”写作“灭厉”，“厉”与“溧”今天读音完全相同。不过，古代“厉”读若“赖”，《战国策》“豫让又漆身而为厉”，“厉”也读“赖”。是否古代“溧”也读“赖”呢？极有可能。今天溧水方言读“溧”为入声，高淳方言“溧、赖”发音相近。南朝陶弘景《真诰》“夫至珍者，万乘不能激其名，投金溧女是也”，唐李白《濑水贞义女碑》“还吴雪耻，投金濑沚”。陶弘景笔下的“投金溧”，就是李白文中的“投金濑”。溧即濑，溧水即濑水，“溧”与“濑”古代同源同义，直到今天发音仍然相近。
由赖而濑，由濑而溧，地名虽然变化了，但变化中有因袭，在新地名中保留某些原地名的元素，以示其渊源关系。是否可以这样说，秦朝的溧阳，隋朝的溧水，其县名仍留有濑渚邑，甚至古赖国的痕迹，只是古赖国渐行渐远，这些痕迹被磨灭得不易觉察罢了。
溧阳市、溧水区、高淳区三地的历史均开篇于春秋时期的古赖国，这是有历史依据的。三地同根同源，其历史文化都植根于古赖国，而我们对于古赖国的历史知之甚少，我写此文的目的，想引起大家对古赖国探讨的兴趣。
拟稿：傅章伟
审稿：王达云
审核：窦予然
发布：梁 刚
【水不只往低处流？重磅论文揭示地下水密码：“看不到地下水流，就把它‘画’出来”】“人往高处走，水往低处流”这句话，揭示着世间再平常不过的规律。然而，凡事都有个例外，比如，在我们脚下的“深地”，水不一定只往低处流。
地下水如何循环，是地下水科学研究最基本的问题之一。尽管早在1963年匈牙利裔加拿大科学家J. Tóth就用解析方法绘制了地下水系统复杂的多级嵌套结构，但人们很少从现场观测和试验中真正认识地下水流情况，这大大限制了地下水系统理论的完善和相应的“深地”开发利用。
8月9日，我国同位素水文地质领域的研究人员主导发表在《地球物理研究快报》（GRL）上的一篇重磅国际合作研究论文——《钻井地下水年龄和化学成分剖面上转折点揭示盆地多级嵌套地下水系统》https://t.cn/A6IaUI49，不仅佐证了地下水并不只是“往低处流”，更揭示了地下水循环的丰富内涵和精湛细节，这将为我国深地资源开发利用提供难得的科学基础。
论文在线发表后，《中国科学报》联系采访了该论文的第一作者、中国地质调查局西安地质调查中心高工张俊，以及论文通讯作者之一、中科院地质与地球物理研究所研究员庞忠和。
△ 地下水多大岁数？取出来测一测
地下水循环的问题在地下水科学研究领域的基础地位，堪比爱因斯坦定律之于物理学。然而，与地表水相比，地下水“不可见”及其水系统结构复杂的属性，使得人们在野外识别它的难度很大。
看不到它，就把它“画”出来。在内蒙古高原的鄂尔多斯盆地，科学家们以这里的地下水系统为对象，施展起了他们的“绘画天才”。不过，他们用来作画的“笔墨”，是钻井剖面上的地下水年龄数据和地球化学成分信息。
水从地表渗入地下开始算起，到采样时所经过的时间，就是地下水的年龄。庞忠和告诉《中国科学报》，通过摸底不同地点地下水的年龄、水位等情况，再结合化学成分特征画线，找到“转折点”，就能准确描摹地下水的多级嵌套循环系统。
而要获得实测地下水年龄和化学成分，首要的问题就是要精准取样。然而由于钻孔内地下水一般处于运动状态，传统的“全井抽水”试验方法很难取到不同深度的分层样品，而详细的分层样品数据恰恰是刻画地下水系统结构的关键信息。
工欲善其事，必先利其器。创造和改进试验和测试技术，是研究团队要闯的第一道关。
庞忠和告诉记者，双栓塞（double-packer）地下水分层采样与试验系统最早于本世纪初经由国际原子能机构（IAEA）技术合作项目引入我国，在深层地下水勘查和高放核废物地质处置选址项目中开始应用。但是，它在实践中也遇到一些问题。2010年以后，中国地质调查局水文地质环境地质调查中心的研究人员重新设计了“双栓塞分层抽水试验系统”，在设备材质、耐压性能、止水效果等方面加以改进，使其能够适应我国深井高水压条件下的分层取样要求。
“国产新设备可以满足水文地质勘查工作需要。”张俊对《中国科学报》介绍说， “在鄂尔多斯盆地，我们通过控制取样流量和降深，并通过建立水质现场监测评价方法，避免了取样过程中‘层间越流’和外来水混入的可能。”张俊表示，这些举措有效提高了采样质量，为精细刻画地下水系统打下了可靠的基础。
取样之后就是“定年”。不过，常用的氚（3H）和碳（14C）同位素方法测定上限分别为60年以内和4万年以内，这对于年龄动辄超过4万年的大型盆地深层地下水而言，显得不够用。
“本次研究采用了最新的氪（Kr）同位素定年技术。” 庞忠和对《中国科学报》介绍说，5年前我们和中国科技大学教授卢征天团队合作，开展测量技术和应用条件的研究。
Kr是惰性气体，81Kr的半衰期是23万年，定年范围可达130万年，而且81Kr在地下无干扰源，化学性质稳定，不和其他物质发生反应，是古老地下水的理想定年方法。但该方法的应用长期受限，这缘于81Kr同位素在自然界中的丰度极低，传统方法很难以检测到。
在破解这一难题过程中，量子测量技术发挥了重要作用。庞忠和告诉记者，基于激光冷却原子阱技术（ATTA），卢征天团队自主研发了ATTA痕量同位素分析实验装置，为81Kr的痕量分析提供了“测量神器”，现在定年只需要20千克水样，大大拓展了该方法应用领域。
卢征天团队也是本次研究的重要参与者。他告诉记者，ATTA是一种量子测量技术，该方法可实现单原子水平的计数，具有极高的灵敏度。
“ATTA可以在每微升为10-14 同位素水平(STP)的氪气中计数极低浓度的85Kr和81Kr原子。”卢征天对记者解释道，通过技术改进，他们目前已经获得了更好的原子冷却、收集和检测效率，可将Kr同位素定年实际应用所需的地下水样品量从200kg减小到 20kg，并提高了测量精度和定年范围。现在，中国科学技术大学是国际上唯一拥有有能力实现地下水采样、气体分离提纯和ATTA同位素分析完整流程的实验室的单位。
“在ATTA技术加持下，Kr同位素定年法已成为国际上公认最好的古地下水定年方法。”庞忠和说。
△ 让地下水流“显形”
综合运用地下水分层抽水试验系统、3H、14C、81Kr和85Kr以及水化学成分等多种示踪定年和数值模拟等技术，研究团队在钻孔内确定了详细的地下水位、年龄和地球化学实测剖面。
“这些剖面可以帮助我们更好地区别地下水多级嵌套系统之间的界面。”张俊说，通过将这些实测剖面与数值模拟结果得到的地下水流场和年龄场进行对比验证，就可以基于多种证据圈定地下水系统的空间结构，从而有效识别并精细刻画出地下水系统的多级嵌套结构（如图）。
地下水流1的副本.jpg
鄂尔多斯乌审召盆地地下水系统的多级嵌套结构：（a）图是地下水流系统多级嵌套结构示意图，（b）图是地下水流和年龄数值模拟结果。张俊 供图
与前人在鄂尔多斯盆地的研究结果（地下水最大年龄4万年）相比，该研究首次发现超过20万年的地下水，得到的地下水年龄剖面比以往研究更加精细准确，使人们对鄂尔多斯盆地地下水循环规律的认识达到了新的高度。
“这是我国地下水科学界20年努力的一个里程碑式的进展。”庞忠和告诉《中国科学报》：“如果说上个世纪澳大利亚大自流水盆地的研究给人们呈现了大型沉积盆地地下水循环的宏大格局的话，今天我国的鄂尔多斯盆地则展示了这个循环系统的丰富内涵和精湛细节。而这恰恰反映了其本质特征。”
而在研究中先后涌现的科技突破——研究团队成功实现了packer和ATTA设备的国产化，更让庞忠和心生感慨：“从同位素水文地质学角度来讲，packer和ATTA两项顶尖技术整合起来，再加上科学深钻连井剖面的研究平台，无疑是做深层地下水科研的最好状态了。”
△ 为“深地”应用筑牢科学基础
谈及该研究的意义，庞忠和表示，总的来说，这是一项应用基础研究，其对区域尺度地下水系统理论研究提供了重要佐证；并且它结合了地球系统科学的概念，也有力推动了地下水科学向前进步。
不仅如此，尽管目前还无法直接评估该成果的实际应用价值，但其对于深地资源和空间利用的指导意义仍然非常可观。
“比如核废料处置、二氧化碳地下封存等，需要寻找一个安全、稳定的地下环境，只有类似区域尺度地下系统被精细刻画出以后，人们才好决定去哪儿封存。”庞忠和展望道，这在当前“碳中和”背景下意义深远。
当然，这类研究对于地下水的资源评价和可持续开采而言，是必不可少的理论基础。
庞忠和举例说，近年来，作为世界上三个最干旱的极端干旱区之一的新疆，居然也时不时会发生洪水现象——这是全球变暖、气温升高以后冰川融化退缩的结果。干旱地区发洪水的时候怎么办？“当我们了解清楚了地下水文状况后，我们给新疆提供了具体建议：把多余的冰川融水存在地下，建一个地下水库。这作为应对气候变化的一个手段，现在已经行动起来了。”
此外，相应的理论成果还将进一步指导区域地热资源开发、地下空间利用等的开展。庞忠和说，在当前全球应对气候变化的大背景下，“深地”开发是一个重要手段，但在之前，“我们需要先解码”。https://t.cn/A6IaUI4C
地下水如何循环，是地下水科学研究最基本的问题之一。尽管早在1963年匈牙利裔加拿大科学家J. Tóth就用解析方法绘制了地下水系统复杂的多级嵌套结构，但人们很少从现场观测和试验中真正认识地下水流情况，这大大限制了地下水系统理论的完善和相应的“深地”开发利用。
8月9日，我国同位素水文地质领域的研究人员主导发表在《地球物理研究快报》（GRL）上的一篇重磅国际合作研究论文——《钻井地下水年龄和化学成分剖面上转折点揭示盆地多级嵌套地下水系统》https://t.cn/A6IaUI49，不仅佐证了地下水并不只是“往低处流”，更揭示了地下水循环的丰富内涵和精湛细节，这将为我国深地资源开发利用提供难得的科学基础。
论文在线发表后，《中国科学报》联系采访了该论文的第一作者、中国地质调查局西安地质调查中心高工张俊，以及论文通讯作者之一、中科院地质与地球物理研究所研究员庞忠和。
△ 地下水多大岁数？取出来测一测
地下水循环的问题在地下水科学研究领域的基础地位，堪比爱因斯坦定律之于物理学。然而，与地表水相比，地下水“不可见”及其水系统结构复杂的属性，使得人们在野外识别它的难度很大。
看不到它，就把它“画”出来。在内蒙古高原的鄂尔多斯盆地，科学家们以这里的地下水系统为对象，施展起了他们的“绘画天才”。不过，他们用来作画的“笔墨”，是钻井剖面上的地下水年龄数据和地球化学成分信息。
水从地表渗入地下开始算起，到采样时所经过的时间，就是地下水的年龄。庞忠和告诉《中国科学报》，通过摸底不同地点地下水的年龄、水位等情况，再结合化学成分特征画线，找到“转折点”，就能准确描摹地下水的多级嵌套循环系统。
而要获得实测地下水年龄和化学成分，首要的问题就是要精准取样。然而由于钻孔内地下水一般处于运动状态，传统的“全井抽水”试验方法很难取到不同深度的分层样品，而详细的分层样品数据恰恰是刻画地下水系统结构的关键信息。
工欲善其事，必先利其器。创造和改进试验和测试技术，是研究团队要闯的第一道关。
庞忠和告诉记者，双栓塞（double-packer）地下水分层采样与试验系统最早于本世纪初经由国际原子能机构（IAEA）技术合作项目引入我国，在深层地下水勘查和高放核废物地质处置选址项目中开始应用。但是，它在实践中也遇到一些问题。2010年以后，中国地质调查局水文地质环境地质调查中心的研究人员重新设计了“双栓塞分层抽水试验系统”，在设备材质、耐压性能、止水效果等方面加以改进，使其能够适应我国深井高水压条件下的分层取样要求。
“国产新设备可以满足水文地质勘查工作需要。”张俊对《中国科学报》介绍说， “在鄂尔多斯盆地，我们通过控制取样流量和降深，并通过建立水质现场监测评价方法，避免了取样过程中‘层间越流’和外来水混入的可能。”张俊表示，这些举措有效提高了采样质量，为精细刻画地下水系统打下了可靠的基础。
取样之后就是“定年”。不过，常用的氚（3H）和碳（14C）同位素方法测定上限分别为60年以内和4万年以内，这对于年龄动辄超过4万年的大型盆地深层地下水而言，显得不够用。
“本次研究采用了最新的氪（Kr）同位素定年技术。” 庞忠和对《中国科学报》介绍说，5年前我们和中国科技大学教授卢征天团队合作，开展测量技术和应用条件的研究。
Kr是惰性气体，81Kr的半衰期是23万年，定年范围可达130万年，而且81Kr在地下无干扰源，化学性质稳定，不和其他物质发生反应，是古老地下水的理想定年方法。但该方法的应用长期受限，这缘于81Kr同位素在自然界中的丰度极低，传统方法很难以检测到。
在破解这一难题过程中，量子测量技术发挥了重要作用。庞忠和告诉记者，基于激光冷却原子阱技术（ATTA），卢征天团队自主研发了ATTA痕量同位素分析实验装置，为81Kr的痕量分析提供了“测量神器”，现在定年只需要20千克水样，大大拓展了该方法应用领域。
卢征天团队也是本次研究的重要参与者。他告诉记者，ATTA是一种量子测量技术，该方法可实现单原子水平的计数，具有极高的灵敏度。
“ATTA可以在每微升为10-14 同位素水平(STP)的氪气中计数极低浓度的85Kr和81Kr原子。”卢征天对记者解释道，通过技术改进，他们目前已经获得了更好的原子冷却、收集和检测效率，可将Kr同位素定年实际应用所需的地下水样品量从200kg减小到 20kg，并提高了测量精度和定年范围。现在，中国科学技术大学是国际上唯一拥有有能力实现地下水采样、气体分离提纯和ATTA同位素分析完整流程的实验室的单位。
“在ATTA技术加持下，Kr同位素定年法已成为国际上公认最好的古地下水定年方法。”庞忠和说。
△ 让地下水流“显形”
综合运用地下水分层抽水试验系统、3H、14C、81Kr和85Kr以及水化学成分等多种示踪定年和数值模拟等技术，研究团队在钻孔内确定了详细的地下水位、年龄和地球化学实测剖面。
“这些剖面可以帮助我们更好地区别地下水多级嵌套系统之间的界面。”张俊说，通过将这些实测剖面与数值模拟结果得到的地下水流场和年龄场进行对比验证，就可以基于多种证据圈定地下水系统的空间结构，从而有效识别并精细刻画出地下水系统的多级嵌套结构（如图）。
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鄂尔多斯乌审召盆地地下水系统的多级嵌套结构：（a）图是地下水流系统多级嵌套结构示意图，（b）图是地下水流和年龄数值模拟结果。张俊 供图
与前人在鄂尔多斯盆地的研究结果（地下水最大年龄4万年）相比，该研究首次发现超过20万年的地下水，得到的地下水年龄剖面比以往研究更加精细准确，使人们对鄂尔多斯盆地地下水循环规律的认识达到了新的高度。
“这是我国地下水科学界20年努力的一个里程碑式的进展。”庞忠和告诉《中国科学报》：“如果说上个世纪澳大利亚大自流水盆地的研究给人们呈现了大型沉积盆地地下水循环的宏大格局的话，今天我国的鄂尔多斯盆地则展示了这个循环系统的丰富内涵和精湛细节。而这恰恰反映了其本质特征。”
而在研究中先后涌现的科技突破——研究团队成功实现了packer和ATTA设备的国产化，更让庞忠和心生感慨：“从同位素水文地质学角度来讲，packer和ATTA两项顶尖技术整合起来，再加上科学深钻连井剖面的研究平台，无疑是做深层地下水科研的最好状态了。”
△ 为“深地”应用筑牢科学基础
谈及该研究的意义，庞忠和表示，总的来说，这是一项应用基础研究，其对区域尺度地下水系统理论研究提供了重要佐证；并且它结合了地球系统科学的概念，也有力推动了地下水科学向前进步。
不仅如此，尽管目前还无法直接评估该成果的实际应用价值，但其对于深地资源和空间利用的指导意义仍然非常可观。
“比如核废料处置、二氧化碳地下封存等，需要寻找一个安全、稳定的地下环境，只有类似区域尺度地下系统被精细刻画出以后，人们才好决定去哪儿封存。”庞忠和展望道，这在当前“碳中和”背景下意义深远。
当然，这类研究对于地下水的资源评价和可持续开采而言，是必不可少的理论基础。
庞忠和举例说，近年来，作为世界上三个最干旱的极端干旱区之一的新疆，居然也时不时会发生洪水现象——这是全球变暖、气温升高以后冰川融化退缩的结果。干旱地区发洪水的时候怎么办？“当我们了解清楚了地下水文状况后，我们给新疆提供了具体建议：把多余的冰川融水存在地下，建一个地下水库。这作为应对气候变化的一个手段，现在已经行动起来了。”
此外，相应的理论成果还将进一步指导区域地热资源开发、地下空间利用等的开展。庞忠和说，在当前全球应对气候变化的大背景下，“深地”开发是一个重要手段，但在之前，“我们需要先解码”。https://t.cn/A6IaUI4C
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