遼寧省典型地區(qū)高氟地下水的分布特征及成因分析

喬曉霞，孫 熠，劉玉潔

(四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 611130)

地方性氟病(飲水性氟中毒)是遼寧省域內(nèi)六種主要地方病(鼠疫、布氏病、克山病、肺吸蟲病、地氟病及碘缺乏病)之一。微量氟是人體所必需的元素之一，如果長期攝入過量氟，引起氟中毒，干擾了鈣磷代謝，如出現(xiàn)氟斑牙，牙齒變脆易碎及脫落;骨骼癥狀如關(guān)節(jié)疼痛，活動(dòng)受限，骨骼變形甚至癱瘓[1]。

在收集自然地理資料及地方政府對(duì)氟病調(diào)查統(tǒng)計(jì)、防氟改水資料的基礎(chǔ)上，通過對(duì)氟病區(qū)及其周邊地域的地質(zhì)環(huán)境調(diào)查;水文地球化學(xué)調(diào)查，水質(zhì)分析、氟離子專項(xiàng)分析、土體可溶鹽含量分析;地球物理勘探;水文地質(zhì)鉆探;抽水試驗(yàn)等，對(duì)遼寧省典型地區(qū)高氟地下水的分布和成因進(jìn)行初步分析。

1 水文地質(zhì)條件[2]

地下水系統(tǒng)按其賦存條件或賦水介質(zhì)的不同，可劃分為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙孔隙水、碳酸鹽巖類巖溶裂隙水、塊狀巖類基巖裂隙水及構(gòu)造裂隙水[3]。

全區(qū)氣候具干旱、半干旱少雨多風(fēng)的特點(diǎn)，蒸發(fā)量是降水量的4倍。而且降水集中，七、八、九，三個(gè)月的降水量占全年降水量的三分之二。由于降水集中，而且該區(qū)多為丘陵山地地形，坡度較大，植被復(fù)蓋率較低。故降水的70% ～80%由蒸發(fā)和地表逕流排泄，而滲入地下的則較少。就全區(qū)而言，丘陵區(qū)為地下水的補(bǔ)給區(qū)，山前、河谷平原為逕流區(qū)，逕流途徑除平原區(qū)和構(gòu)造盆地比較長而外，一般因地形切割破碎途徑較短。地下水排泄方式為泉水溢流，河流排泄和人工開采。據(jù)近年來的調(diào)查資料顯示，大部泉點(diǎn)流量明顯減小或枯竭，因此，區(qū)域內(nèi)的地下水以河流和人工開采排泄為主。

2 研究區(qū)水化學(xué)特征與高氟水分布規(guī)律[4]

2.1 水化學(xué)特征

遼寧西北部地區(qū)由于長期處于緩慢上升階段，侵蝕、剝蝕作用較強(qiáng)，地形破碎，溝谷發(fā)育，地下水逕流條件較好，以溶濾作用為主，礦化度較低，水化學(xué)類型主要為重碳酸鈣型，局部地段為重碳酸鈣鎂型、氯化物重碳酸鈣型。彰武至遼北康法地區(qū)，含水層巖性及逕流條件穩(wěn)定性較差，故地下水化學(xué)類型變化較大。

2.1.1 阜新 -建平地域地下水化學(xué)特征

該區(qū)域地形地貌條件類似，以丘陵山地為主，地下水逕流條件較好，以溶濾作用為主，故地下水化學(xué)類型較單一，主要為重碳酸鈣型，在山間溝谷內(nèi)多為重碳酸鈣鈉型。局部地段為重碳酸鈣鎂型。阜新市區(qū)附近煤礦開采及煤矸石堆放地段，因受降水淋濾入滲影響，使地下水受到污染，為氯化物重碳酸鈣型、重碳酸硫化物鈣型，該區(qū)域內(nèi)地下水礦化度多小于0.5 g/L，但在阜新市區(qū)附近，采礦污染區(qū)，地下水礦化度多為 0.5 ～1.0 g/L，煤礦區(qū)附近大于 1.0 g/L。

該區(qū)內(nèi)老哈河流域的山前地帶及朝陽、阜新局部地段地下水氟離子含量大于1.0 g/L。

2.1.2 彰武 -康法地域地下水化學(xué)特征

該區(qū)地形地貌為寬闊的河谷平原和低丘陵區(qū)，不同地段地下水含水層巖性變化較大，地下水逕流條件穩(wěn)定性較差，故地下水化學(xué)類型多變。彰武柳河河谷平原及康法地區(qū)為重碳酸鈉鈣型，秀水河河谷平原為重碳酸氯化物鈣型，黑山以南沙河、羊腸河流域淺層含水層為中細(xì)砂層，夾粘性土薄層，地下水逕流條件較差，化學(xué)類型為重碳酸氯化物鈣鈉型。地下水礦化度為 0.3 ～1.0 g/L。

2.2 高氟地下水區(qū)域分布規(guī)律概述

區(qū)內(nèi)高氟地下水的分布規(guī)律與含水層或含水巖系及地下水埋藏深度關(guān)系密切。

遼寧中部平原和東西兩側(cè)地區(qū)，山前地帶及西北部的新開河右岸，淺部(20 m以上)地下水氟離子含量普遍超標(biāo)，彰武縣部分由兩側(cè)丘陵區(qū)至平原區(qū)氟離子存在由高到低的變化規(guī)律，丘陵區(qū)為3～8 mg/L，平原區(qū)為1～3 mg/L。

遼西(朝陽、阜新、)地區(qū)，地形、地貌以丘陵山區(qū)為主。區(qū)內(nèi)侵入巖、火山巖分布面積較大，該巖系風(fēng)化裂隙水及其山前地帶坡洪積層孔隙水，氟離子含量多大于1 mg/L，最大6 mg/L。該區(qū)除老哈河外，其它各高氟地段的河谷區(qū)沖洪積層除底部粗粒(砂礫卵石)層外，其上部細(xì)粒(粉砂、細(xì)砂)含水層中之地下水氟離子含量也多大于1 mg/L。

遼東地域其地形、地貌以山前傾斜平原、河谷平原為主，地下水含水巖組為第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)粉細(xì)砂、中粗砂、砂礫石。該域內(nèi)沙河、柳河、秀水河、遼河流域淺層即全新統(tǒng)含水層(20～25 m以上)，及康平以北西遼河淺層即上更新統(tǒng)，含水層巖性以砂為主，地下水中氟離子含量大于 1 mg/L，最大為 5 mg/L。

由此可見，全域內(nèi)高氟地下水主要分布于侵入巖、火山巖風(fēng)化帶及其山前坡洪積層中，呈水平分布規(guī)律，在平原區(qū)主要分布于20～25 m以上的淺層含水層中，氟離子在地下水中的含量垂向變化明顯。

3 高氟地下水的成因[5]

3.1 高氟地下水形成的物質(zhì)基礎(chǔ)

地下水化學(xué)成分的形成受周圍巖石和礦物成分的影響，不同巖石類型含量不同，而圍巖含氟量的高低直接影響地下水的含氟量變化。遼寧省西北部低山丘陵地區(qū)，大面積出露安山巖、凝灰?guī)r等酸性熔巖，還有各期花崗巖，特別是花崗巖的斷裂與裂隙中充填有瑩石礦脈，這些巖石氟含量較高，組成的剝蝕低山丘陵大部分裸露地表，風(fēng)化強(qiáng)烈，裂隙發(fā)育。在不斷遭受物理及化學(xué)風(fēng)化作用的同時(shí)，受大氣降水入滲淋慮和溶解，巖石中的氟離子被溶解進(jìn)入地下水 中，并在粘性土的吸附作用下聚集儲(chǔ)存。在降水入滲補(bǔ)給過程中，粘性土層受到淋濾使氟離子溶解進(jìn)入地下水中，由于逕流不暢而富集形成高氟地下水，由兩側(cè)丘陵區(qū)至中部平原，即從高氟區(qū)到低氟區(qū)，粘性土由厚變薄，砂性土由薄增厚，其氟離子含量也由高變低。

3.2 水文地質(zhì)環(huán)境對(duì)氟離子變化的制約

地下水在形成運(yùn)動(dòng)中，必然將氟離子帶到一定的水文地質(zhì)環(huán)境中，高氟水分布區(qū)正是這種特殊的環(huán)境。

黑山山前傾斜平原區(qū)，區(qū)內(nèi)淺層地下水含氟量由西北向東南表現(xiàn)出低高低的明顯規(guī)律，這種規(guī)律的分布，主要受第四紀(jì)水文地質(zhì)環(huán)境控制的結(jié)果。明羅屯至無梁殿為扇地中后緣，含水層厚10 m左右，以砂礫石為主，亞粘土、亞砂土層僅2～4 m，為地下水逕流溶濾帶，地下水以水平運(yùn)動(dòng)為主，不利于巖類滯留，所以地下水含氟量適宜。向東南進(jìn)入扇地前緣和河間地塊重迭區(qū)的靠山、二道、翟家、大馬駕子一帶，含水層變薄，粒細(xì)混土。而亞粘土、亞砂土層增厚達(dá)25 m左右，致使水文地質(zhì)條件發(fā)生變化，地下水逕流由暢通為滯緩，為氟離子聚集創(chuàng)造了良好的條件。再由于本區(qū)降雨與蒸發(fā)量相差懸殊，蒸發(fā)量大于降雨量3～5倍，有利于蒸發(fā)濃縮作用進(jìn)行，鹽分積累于淺層水中，氟量也相應(yīng)增高，形成高氟區(qū)。本區(qū)東南部，為繞陽河沖積平原，表層為亞粘土和亞砂土，厚度變薄，而砂、細(xì)砂或粉細(xì)砂含水層厚度增大，特別是繞陽河、康屯兩鄉(xiāng)的廣大地區(qū)，含水層厚度40～80 m，水文交替增強(qiáng)，地下水與河水關(guān)系密切，旱季河水排泄地下水，雨季河水補(bǔ)給地下水，導(dǎo)致這一帶地下水氟量適宜或偏低。

柳河中上游地區(qū)兩側(cè)丘陵地帶，地形起伏較大，含水層分布不穩(wěn)定，逕流不暢，基巖中溶濾出的氟隨降水補(bǔ)給地下水，富集成為高氟地下水。北部平原區(qū)水利坡度大但粘性土層厚，含水層顆粒細(xì)，逕流條件較差，以蒸發(fā)濃縮作用為主。中部平原區(qū)，地形及地下水水力坡度均變緩，顆粒細(xì)，均有利于氟離子的富集，上述地區(qū)多形成高氟地下水。南部平原區(qū)，雖然水力坡度小，但含水層顆粒粗，粘性土層薄，導(dǎo)致水性良好。加之農(nóng)業(yè)開采，加快了水循環(huán)速度，不利于氟的富集，而形成低氟地下水。

老哈河流域的近山坡洪積裙裾的前緣，該區(qū)地下水，除降雨溶解土中氟外，尚有來源于酸性巖漿巖、變質(zhì)巖組成的富氟山區(qū)，隨著地下水形成運(yùn)移過程，將其帶入此處。于此又受到階地上部細(xì)粒層所阻，水位變淺，加之蒸發(fā)濃縮，水中化學(xué)組分易于富集，形成高氟水區(qū)。階地上部細(xì)粒層。由前所述，該層地下水與其它含水層聯(lián)系較弱，以垂直運(yùn)動(dòng)為主。大氣降水易將土中氟溶解于水，又弱微的接受了側(cè)向高氟水所補(bǔ)，在不暢的逕流條件下，氟隨鹽分一起聚集，年復(fù)一年，水中氟濃度自然加大。還有黃土丘陵的低地、洼地及殘山谷地、丘間低地。多呈封閉、半封閉型，地下水多于該處垂直交替進(jìn)行，在有氟源的情況下，富氟即可知之。殘山谷地，從巖性特征看，謂古水文網(wǎng)分布區(qū)，谷之頂端泉水中含氟量很高，可見谷中地下水匯集后，必然構(gòu)成高氟水了。

綜上所述，高氟水形成于一定的水文地球化學(xué)環(huán)境中，其與所處母巖、地貌、水文地質(zhì)環(huán)境有密切關(guān)系。

3.3 粘性土層是氟離子的儲(chǔ)存場(chǎng)所

土壤氟離子含量垂向上隨巖性的變化而異，無論是高氟區(qū)還是低氟區(qū)，均表現(xiàn)出粘性土含氟量相對(duì)較高(見圖1)，據(jù)此分析粘性土對(duì)氟離子具有較強(qiáng)的吸附能力。

圖1 土壤含氟量隨巖性變化曲線圖

4 結(jié)語

研究區(qū)高氟區(qū)水平變化規(guī)律為:高氟區(qū)氟離子含量從山麓、山間谷地向河谷階地有逐漸減少的趨勢(shì);在垂向上淺層地下水含氟量高，深層地下水含氟量低，淺層地下水含氟量隨季節(jié)變化較大。

本次調(diào)查是通過水文地質(zhì)調(diào)查、綜合物探勘測(cè)、多學(xué)科論證、鉆探等等技術(shù)相結(jié)合的方法，探明研究區(qū)高氟地下水的分布及成因，為尋找低氟水源奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]郭曉英，蔡偌欣，吳思思，等.氟鋁聯(lián)合對(duì) MC3T3-E1細(xì)胞Runx2、Osterix mRNA 表達(dá)的影響[J].衛(wèi)生研究.2011，40(2):164-166.

[2]何錦，安永會(huì)，韓雙寶.張掖市甘州地下水中氟的分布規(guī)律和成因[J].水資源保護(hù).2008，24(6):53-56.

[3]中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心.遼寧省地方病高發(fā)區(qū)地下水勘查與供水安全示范工程建議[R].

[4]韓洪偉，吳國學(xué)，王永祥，等.高氟地下水在內(nèi)蒙古赤峰地區(qū)的分布于形成初探[J].世界地質(zhì).2004，12(4):376-380.

[5]湯潔，卞建明，李昭陽，等.松嫩平原氟中毒區(qū)地下水氟分布規(guī)律和成因研究[J].中國地質(zhì).2010，37(3):614-619.