阜阳高氟地下水形成的地质环境浅析.pdf

地下 水 第 2 1卷 第 3期 地下 水 污染 与防 治 。 一～一～、 一～，． ，0 阜 阳高氟地下水形成 的地质环境浅 析 ／ z 蔡珩 安徽酋阜唁甫卓蒉蔼 ； 阜阳 ． 2 3 6 3 0 【 摘 要 】 阜 阳 市松 散 岩 土 含 水 系统 广 泛 赋 存 着 高 氟 地 下 水 ． 氟含 量 一 般 在 1 ． 0 3 ． 8 0 rag ．／ ] ，最 高 可遮 6 ． 3 0 rag ／ 1 。本 文 通 过 对 高氟 地 下 水 赋 存 的 地 质 环 境 厦 地球 化 学特 征 等综夸分析，认 为本 区高氟水的形成与其赋存的地球化 学环境厦水动力条件 密切 相关 。 帙键词 c二 兰 ， 影 ／- 水 一 ／ 阜 阳 市 属 黄淮 海 平 原 一部 分 ．陈 东 北 部 有 零 足 基 岩裸 露残 丘 外 ，余 均 为 平原 横 贯 本 厦 的涡 河 、 西 耙河 、颍 河 ，河 道 高 出 地 面 ，形成 河 道 徵 隆 、河 间低 洼 的地 貌 景 观 。 区内平 原 为第 四 系覆 盖 ．广 泛 堆 积 了 具有 多层 结 构 的 河湖 相沉 积 物 。含 水 系 统 按 其埋 藏 条 件 及 水 力性 质 分 为 4个 台 水层 组 浅层 含 水 系统 ，砂 层 薄 而颗 粒 小 ，底 界 深 度 小 于 7 m，泼 层 弱 承 压 含水 系统 ． 埋深 7 5 0 m， 具 双 层 结 构 ， 两 古 水 系统 水 位 浅 埋 ，水 交 替条 件 好 。 中 、深 层 承 压 含 水 系 统 埋探 分别 为 5 0 一 l 5 0 m 和 大 于 1 5 0 m ，侧 向迳 流微 弱 ，由 于 七 十 年代 过 量 开采 中 、深层 地 下 水 ．已形 成封 闭降 落漏 斗 ，因此 ． 周 边地 下 水 的恻 向迳 流 已 是 中 、深 层 地 下 水 的 主 要 补 给 来 源 1 高 氟地 下水 分 布 规律 根 据 国 家 饮 用 水 标 准 ， 将 氟 台 量 大 于 1 ． 0 n 1 g ／ I的地 下 水 ， 均 作 为 高 氟地 下 水 本 医地 下 水 氟 含 量 的 大小 随环 境 水 文地 质条 件 、地 球 化 学 条件 及含 水 岩 组 的 不 同 ． 具 有 明 显 的 差异 ， 并有定 的规 律性 。 1 ． 1 浅 层 潜 水 区 内南 部 冲积 平 原 为低 氟 水 分 布 区 ．而 北 部则 多 赋存 高 氟水 ．地 下 水 氟 含 量 般 在 1 ． 0 3 ． 8 mg,／ l ，在 河 问 地 带 是 高 氟水 主要 分 布 区 ， 其 沿 河 流 呈 带 状 分 布 ，在 河 问 洼 较 高 ， 最 大 可 达 6 ． 9 0 mg／ [ 而 在 河 问坡 平 地 、 近 河带 及北 部 裸 露 残 丘 周 围 ． 潜 水 迳 流条 件 好 ， 水 氟 含 量 较 低 河 间 地 区 ，取 水 层 位 愈 浅 ．水 氟 含 量 愈 高 ， 在 d ～5 m 取 水 时 ， 水 氟 多 为 2 ． 7 6 ． 9 mg ／ [ ．在 6 7 m 时 ，水 氟 约 为 1 ． 0 ～3 ． 8 mg／ 】 。 1 ． 2浅 层 弱 承 压 水 毫 县 淝 河 集 涡 阳 楚 店一 蒙 城 以北 ．赋 存 高 氟 地 下 水 ，水 氟 含 量 1 ． 0 1 ． 6 mg ／ ] ，而 西 淝 河 南 ，水 氟 0 ． 5 mg ／ [ 。在 过 渡 地 带 ．有 零 星 高 氟 地 下 水 分 布 ，但 水 氟 含 量 都 在 0 ． 6 1 ． 2 mg／ l 之 间 。 1 3 中层 水 该 层 地 下 水 氟 含 量 平 均 为 0 ． 7 , 1 mg／ [ ， 最 大 ． O mg ／ ] ，水 氟 含 量 白西 北 向 东南 逐 渐 减 低 。界 首蒙 城 以北 ，水 氟 含 量 1 ． 0 ～ 2 ． O mg ．／ l ，在 其 南 ， 水 氟 1 ． O mg ／ [ ， 最 高达 2 ． 2 d mg ／ [ 。 南 部 则 为 低 氟 水 区 ， 水 氟 在 0 ． 2 -- 0 9 mg ／ 1之 间 1 2 9 专 维普资讯 第 2 1卷 第 3期 地下 水 1 9 9 9年 9月 2高氟地下水 的形成机理 地 下 水 氟 的 生 成 、 迁 移 与富 集 过 程 是 比较 复 杂 的 ．它 I嘎受环 境 地 质 条 件控 制 ． 又受 地球 化 学 作 用 影 响 含 氟 物质 的存 在和 特 定 的地 球 化 学 环 境 是 区 内地 下 水 中 氟 生 成 的根 本 条 件 ， 而 良好 的慵 符 环 境 ，是 水 氟 富集 的 必要 条 件 2 ． 1 地 下水 氧 的 生成 化 台物 形 式 存 在 ，但 也 可 以 和 许 多 元 素 构 成 络 阴离 子 。在 第 四 系及 上 第三 系松 散 堆 积 物 及 土 壤 中 ，氟 以 化台 物 形 式 存 在 于 黑 云 母 、角 闳 石 、 磷 灰 石 巾 当这 些 矿 物 风 化 时 ，其 中 的 可 溶 氟 ， 通 过 水 解 等 化学 作 用 ，致 使 氟 脱 离 矿 物 的 结 晶 格 架 ，进 人 水 体 中迁 移 因 此 ，地 下 水 氟 含 量 与 音 水 岩 土 及 上 覆 士 壤 中可 溶 氟 含 量 有 密 切 的 氟 的 化 学性 质 卜分活 泼 自然 界的 氟 多以 关 系 表 1 表 1 土壤 、成 土 母 岩 、 水氟 含量 均 值 对 照 表 ＼ 、 项目{ 可溶氟 1 F p 水氟 _ ⋯ t _ 竺 一 母 岩 舍 水 赍 质 m g ／ I 河 阃 平 地 3 6 s 2 6 r I l 0 5 洼 地j 6 _ 1 2 8 8 I l。 2 ．1 6 2 ． 2 形 成 高 氯地 下水 的化 学 作 用 2 ． 2 ． 1水文 地 球 化学 作 甩 在含 氟 物 质 普 遍 存在 的 基 础 上 ，水 中氟 含 量 多 少 与 所 处 地 球化 学 条 件 的 不 同 ，有 着 明显 差 异 水中 氟在 低 P H 值 t P 7 ． 6 易 于 富 集 。氟与 钙 在 自然 界 是 ～ - 对 拮抗 悼 ．氟 在迂 移 过 程 中与 环境中的钙相结合 ，形成难溶 的 C a F ．其化学 平 衡 方 程 式 Ca} _ 2F≠ 、 dF 在 不 同的 化 学条 件 下， C a F 有 着 不 坷 的化 学 变 化 在碱 性 条 件 F． 钙 以 Ca OH 形 式 1冗积 下 来 ．钙 的 浓 度 大大 降低 ，而 氟 的 浓度 增 强 ，并 以简 单 的 离 子形 态存 在 。其水 解 方程 式 Ca F 2 1 0H ≠ Cd Ol 1 T 一 2 F 在 酸 性 条件 下 ．C a F 的溶 解 度 强 ．水 中钙 离 子 增 多 ， 而 以离 子 态 赋 存 于 地 下水 中 的 氟就 很 少 ， 其 水解 方 程 式 Ca F 一 2 1 1 {Ca 十 2 HF 十 水 中钙 的存 在 ，对 外 区域 迁 移 进 来 的 氟 有 着 固 定 的储 存 作 用 ，从 而 降低 了氟 的 活 性 ，减 少 了 氟 的富 集 2 ． 2 ． 2蒸 发 浓 缩 作用 医内蒸 发 量 大 于降 水 量 由 于蒸 发 作 用 ， 加 1 3 U 之 地 表 水 流 不 畅 ，地 下 水 运 动 缓 慢 ， 水 交 替 滞 缓 ，溶 解 度 斗 、 的 盐 类 ，便 相 继 析 出 ．矿 化 度 不 断增 大 环 境 中 的钙 与碳 酸 化 合 成 碳 酸钙 沉淀 钙 的活度降 低，钙离子减小 ，而钠 离子活度 相 对提 高。钠 对氟没有抑制作用 ，并且 氟也摆脱 了钙 的束 缚 ， 活 性 得 以 大 大 提 高 ， 以 离子 形 式 赫 大 量 释 放 到水 中 ，所 以 ，氟 与 钙 离 子 呈 负 相 关 ，与钠 离 子 呈 正 相 关 相 关 系 数分 别 为 一 0 ． 5 2 4 7 ，P 0 ． 0 l ； 0 ． 8 8 7 0； 0 0 1 P 0 ． 0 5 。在 河 问 及 洼 地 ，由 于 蒸 发 浓 缩 作 用 ，形 成 碳 酸 钠 水分布 区，水 氟含量高 ；在区 内北部 ，河 网相 列 稀 疏 ， 地 下 水 动力 条 件 相 对 较 差 ， 这 种 作 用 ， 表 现 的 更 为 明显 。 2 ． 2 ． 3 阳 离 子 交 替 吸附 作 用 离 子 交 替 吸 附作 用 与 离 子 吸 附 能 力大 小 及 水 中 离子 浓 度 有 关 。 在碱 性 环 境 中 ， 随着 地 下 水矿化度增高 ，阳离 子交 替吸跗作 用增大 ，地 下 水 中 的钙 将 岩 土 中 的钠 置 换 出 来 ，转 入 到 地 下水 中 ．使氟的活性大 大增 强 ，而利 于氟的富 集 。 3高氟地下水形成 的地质环 境特征 3 ． 1地 理 地 貌 区 内 降水 集 中 于夏 季 ， 以暴 雨 降 落 为 主 。 暴 雨 时携 带 大 量 氟 矿 物 和 可 溶 性 氟化 物 的 地 面 流 水 形 成 径 流 汇人 低 洼 地 带 。干 旱 时 ，水 分 沿 毛 - 维普资讯 1 9 9 9年 9月 地下水 第 2 1卷 第 3期 细 管 上升 ，盐 类 充 填 到 土 壤 中． 而 水分 脱离 潜 水 面 扩散 到空 气 中 。当 降 水 人 渗 时 ，盐 分将 部 分 地 从 土壤 中返 回含 水 层 ， 在 蒸 发 同 时 作 用 下 ， 造成 洼地 盐 分 浓 缩 ， 矿 化 度 增 高 ， 形 成 盐 渍 化 、 苏 打 化土 壤 环 境 ，利 于地 下水 氟 富集 。 地表 水 系疏 密 程 度 ，对 地下 水氟 的形 成起 到 一 定 作用 。沿 淮 地 区 ，水 文 网 密集 ，利 于水 交 替 ， 易于 水 氟 迁 移 。 北部 水 文 网相 对 稀 疏 ， 地 表 迳 流 受阻 ，易 涝 渍 。同 时 ，地 下水 迳 流 长而 滞 缓 ， 潜 水 不 断矿 化 ， 更加 有 利 于水 氟 聚 集 ， 从 而 表现 出地 下水 氟 北 高 南低 的特 点 。 地 貌 在 一 定 程 度 上 控 制 着 地 下 水 交 替 强 度 ， 而 制 约 着 水 氟 迁 移 和 聚 集 河 间 洼地 ，水 位 浅埋 ．水 交 替 滞缓 ，蒸 发 浓 缩作 用 强 烈 ，地 下水垂 直交替 占主导地位 ，氟 在土壤 水、地下 水之间相互交替循环，傅 能排出区外 ，易于 岩 土可溶氟 和水 氟聚集 。 嘶以其亚牯 土可溶氟 含 量大 于 3 0 mg ／ k g， 潜 水 氟 大 于 1 ． 2 mg ／ [ ， 最 高 达 6 ． 9 0 rag ／ 1 。近 河 带 的 泛 滥 微 高 地 河 道 带 ， 地 下 水 交 替 积 极 ，地 下 水 水 平 迳 流强 烈 ，利 于 水 氟 迁 移 ， 因此 ， 近河 带 岩 土 可 溶性 氟 含 量 仅 达 4 ． 5 m g ／ k g ， 而 水 氟 均 小 于 0 ． 5 rag ／ 1 见 表 2 ， 图 1 。 表 2地 貌 单 元 水氟 含量 均 值 表 涡 河 淮 河 洼地 平地 河道 带 洼地 平地 河 道带 样 品 数 1 7 2 0 9 5 8 水 氟均值 2 46 1 1 3 0 4 6 0． 89 0． 69 0． 43 p p r 标 准 差 0 ． 6 0 0 4 0 0 1 4 0 1 5 0 1 9 0 ． 1 1 地 表为 、 、 、 色土 壤 、 奢 色 拽 奢 董 色 亚 粘 Ⅲ醉为 壮i 睁董邑t帖 祸 阳 翦寨诃 胃 洼 地 度 柱 杜 地 层岩 性 e I l I【 田 1 m】 0 5 0 量 黄 囊 素 色 、 ＼ 葳 黄南 色 重骷 土 3 5 o 黄 色 t帖 | 涡阳 孙 大庄 河 闻平地 棒虹 色 ．／ 重 ／ 樟色 i 帖土 青 黄杂 色 ＼ 色 括 ● 橡 红 色 重 帖 阿 } 不 同 微 地 貌 饱 气 带 土 氟 含量 剖 面 3 ． 2含 水 介 质 及 岩相 古 气候 含水 介 质 为地 下水 成 分 的形 成 提 供 的物 质 来源 是 岩 土 的可 溶 组 份 离 子 盐 类综 合 体 ，包 括 了易 溶 于水 的 可 溶 氟 。据 岩 土 氟测 试 结 果 ， 第 四 系 松 散 岩 类 总 氟 含 量l j O一 1 3 0 0 rag ／ k g ，可溶 氟 含 量 4 3 8 mg ／ k g ，与土 壤 氟 的分 布 相 似 。总 体 特征 北部 高 于南 都 ， 同 端 阳 恫北 萑 滥缸 矗地 时 ，颗 粒 越 粗 ，含 氟 粘 土 矿 物 愈 少 ，可 溶 氟 含 量 就 愈 低 【 表 3 。同时 ，松 散 岩 类 可 溶 氟 垂 向 变 化 与 岩 相 及古 气 候有 关 。岩 相 上 一 般 河 道 带 和 近河 泛滥 相 的 砂 及 亚 粘 土地 层 ，为 氟 的 淋 溶 失 散 带 ，氟 含 量 低 。 远 河 泛 滥 相及 湖 相 成 因 的 粘 土 、 亚 粘 土 地层 为 氟 的 富集 带 ， 氟 含 量 高 ； 第 四纪 以来 ，淮北平原气候 经历 了数次冷 暖干 湿 1 31 维普资讯 第 2 1卷第 3期 地下 水 1 9 9 9 - -9月 的 变化 ，相 对 干 旱 寒 冷 的 气 候 不 利 于 松 散 岩 土 中 氟 的迁 移 。不 同时 代地 层 岩 相 的 差 别 ．相应 氟含 量 在 垂 向上 也有 分 带 现 象 f 图 2 。由 于不 同 岩性 、不 同岩 相 有 同 的 氟含 量 ，含 水 岩 石 经长期淋滤后 ， 就可能形成相应 的含氟地 下水 。 平 迳 流 相 对 滞 缓 ，水 中 氟 不 易 分散 排 出 ， 易于 聚集 。 就 深层 承 压 地 下 水 而 言 ，在 太 和 、界 首 等 湖 积相 含 水 岩 组 中 ，水 氟 也 易 聚集 ，形 成 高 氟 地 下 水 ， 水 氟 多 大 于 2 J r n g ／ ] ． 雨 在 阜 南 相 同 时 代 冲 积 相 含 水 岩 组 中 ， 则 形 成 了低 氟地 下 水 ， 所 ．就 潜 水 而 言 ，亚 粘 土 分 布 区 ，地 下水 水 水 氟 都 小 于 1 ． O mg ／ ] 。 表 3不 同岩 性 可 溶 性 氟 含 量 表 p p m 粉 砂 亚 砂 亚 粘 土 粘 土 备 注 涡 阳 6 】 2 】 8 ’ 2 2 7 ． 6 3 8 0 数 字 为 阜阳 4 I 4 4 7 8 l 2 ． 9 8 平 均值 3 ． 3承 文 地 质 水 文地 质 因 素 对 地下 水 氟 的 影 响 ，表 现在 含水 介 质 的透 水性 、水 动 力 条件 和补 迳 排 关系 上 。 岩 土 透水 性 是 使 岩 土 中 可 溶 氟 进入 水 中 的 先决 条件 ，透 水性 岩 土 砂 有 利 于氟 元 素 迁 移。水动力作 用 良好时 ，溶滤作用加强 ，氟离 子 在 随水 流 动 过程 中而 发 生运 移 ，从 而 歃 少 良 好 的储 存 条 件 ，水 氟难 以 聚集 ，水 中氟 离 子 含 量 就低 。 当 水 动 力 条件 较差 时 ， 地 下 水迳 流 、 排 泄条件滞缓 ，氟离 子储存 条件优越 ，水 中氟离 子含 量 明 显增 高 。 帖矿暂 代 i 富 、 皿 咀 r 带 琴 7 | ． i o ． 4 o 业 昔釜 。。一 细粉砂 { 鞠 iI 暑 B 罔 2阜 阳市钻 孔土氟 研究综 告成 果 阿 3 ． 4地 下水 中氟 的 富 集过 程 地 下 水 中 氟 含 量 受含 水 介 质 场 氟 含 量 的 制 约 。 含 氟矿 物岩 土 的 存 在 ，为 氟 化 物 进 入 地下 水 提 供 了物 质来 源 ，而 水 解 、溶 滤 、 淋 溶 是 氟 元 素 脱 离 矿 物 品格 进 入 地 下 水 的 必 要 作 用 ，水 1 32 动 力 条件 在 一 定 程 度 上 影 响 了溶 滤 、 淋 溶 强 度 。 水 动 力 条 件取 决 于 地 形 、 岩 石 的透 水 性 同时 也 与 气 候 条 件 有 关 。地 形 条件 ， 岩 石 透 水 性 能 影 响 迳 流 速 度 ，地 形 起 伏 太 ，岩 石 透 水 性 好 ，水 交 替 强 烈 ，地 下 水 以 水平 迳 流 占主 导 地 位 ．有 利 于 氟 迁 移 。地 形 平 坦 ，岩 石 透 水 性 差 ，潜 水 迳 流 傲 弱 ，地 下 水 以垂 直 交 替 为 主 ．而 水 中 盐 分 不 易运 移 ，在 低 洼 地 带 的 碱 性 环 境 易 造 成 盐 分 聚 集 ，在 这 种 条 件 下 ， 氟 化 物 也 同样 富 集 起 来 ， 造 成 环 境 中 的 高 氟 ． 从 而 形 成 高 氟 地 下 水 。 4结 语 高 氟地 下 水 赋 存 的 地 质 环 境 和 高 氟 物 质 来 源 是 本 区 高 氟 水 形 成 的前 提 条 件 ，而 蒸 发 维 缩 等地 球化 学作 用 ，是 造 成 地 下 水 中 氟 离 子 富 集 的重 要 因 素 。 通 过 对 本 区 高 氟 地 下 水 分 布 规 律 及 高 氟 水 形 成 的 地 质 环 境 特 征 综 合 分 析 ，认 为 高 氟 水 的 形 成 是 自然 地 理 、地 貌 、 地 质 、 水 文 地 质 等 诸 因 素综 合 作 用 的 结 果 。研 究 高 氟 水 的 形 成 的 地 质环 境 ，对 于研 究本 区 的水 文 地球 化 学 特 征 、 寻找 低 氟 地下 水 ， 消除“ 地 氟病 ” 对 人 民群 众 危 害 均 有 重 要 意义 。 参 考文 献 [ 1 ] 安徽 省卫 生防 疫站 ． 地方 病 防 治文 件选 编 ， l 9 8 5年 ]安徽 省阜 阳地 区地 方性 氟 中毒环 境水 文 地质 调 查 及防 治方 向研 究 ，1 9 g O年 [ 3 ]李学札 ，水 文地球 化学 ，原 子 能 出版杜 ．1 9 8 2年 。 维普资讯