贛州興國盆地淺層地下水中氟的分布特征研究

李林波 易紹林 黃國芳

(云南省水利水電工程有限公司，云南 昆明 650000)

我國《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)中氟化物標(biāo)準(zhǔn)以1.00mg/L為限值。一般認(rèn)為，氟對人體健康具有雙側(cè)閾濃度的性質(zhì)，長期飲用氟濃度低于0.50mg/L的水易造成身體缺氟，形成齲齒；長期飲用高于1.00mg/L的水易使體內(nèi)氟含量超標(biāo)，產(chǎn)生氟斑牙或氟骨癥等病變[1-2]。

興國縣地貌以低山、丘陵為主，研究地下水中的氟含量對贛南扶貧找水、促進(jìn)當(dāng)?shù)厮h(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要意義，可為飲用水安全開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 水文地質(zhì)概況

1.1 地理位置

興國盆地地處江西省贛州市興國縣北部，總面積約200km2。盆地東緣為石村—王竹坑斷裂(F19)，其長度約為22km，寬度一般在30～50m之間，最寬達(dá)到200m，分布在王竹坑地區(qū)。盆地西緣為竹高山—金坑子斷裂(F18)，區(qū)內(nèi)延長為13km，寬3～6m，最寬約15m。其南部跨入興國縣，北部邊界跨入崇賢鄉(xiāng)。行政區(qū)域主要涉及高興鎮(zhèn)和長岡鄉(xiāng)。

1.2 地質(zhì)特征

興國盆地主要發(fā)育白堊系礫巖、粉砂巖，主要出露宏岡組、云樓組、小山下組及周田組。宏岡組分布于盆地東北部，出露面積71.7km2，巖層主要為暗紅色塊狀含(漂礫)卵礫粗礫巖、中細(xì)礫巖，頂部由中—厚層狀細(xì)粒巖屑砂巖組成；云樓組分布于河江壩、仙湖等地，出露面積43.5km2，巖層主要由磚紅色中厚—塊狀細(xì)粒長石巖屑雜砂巖與含鈣粉砂巖或鈣質(zhì)含砂泥巖組成；小山下組分布于北部小山下附近，出露面積9.4km2；周田組分布于石溪—銅鑼窩一帶，呈南北向展布，出露面積33.4km2。第四系不發(fā)育，出露面積約43.0km2，其成因類型多為河流沖積相，主要分布于盆地中部高多—高興—蒙山—長岡一帶，呈狹長條帶狀或枝杈狀遍布于歲水河沿岸，構(gòu)成河谷Ⅰ～Ⅱ級階地。

1.3 水動(dòng)力特征

從地下水動(dòng)力條件來看，興國盆地西部地下水流向總體為自西向東，西部山區(qū)地下水接受大氣降水補(bǔ)給，部分排泄于山間溪流或以井、泉形式排泄于地表，進(jìn)入盆地后最終排入歲水河；東部的獅子巖以北地區(qū)地下水接受大氣降水補(bǔ)給后，由東南至西北方向流經(jīng)震旦系變質(zhì)巖區(qū)，進(jìn)入白堊系后，在長連洞流向轉(zhuǎn)為由東北向西南方向流動(dòng)，最后流入歲水河中；獅子巖以南地區(qū)地下水流向大致為東北至西南方向，補(bǔ)給區(qū)為該系統(tǒng)東部丘陵區(qū)，地下水流經(jīng)盆地后在蒙山、長岡一帶排入歲水河。

2 水樣采集與測試

2.1 水樣采集

興國盆地地下水露頭條件有限，天然露頭主要為泉，人工露頭主要為民井，區(qū)內(nèi)居民的日常生活飲用水大多來自淺層地下水。

2017年6月23日至8月23日，高興幅、均村幅1∶50000水文地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目組赴江西興國北部地區(qū)，開展了全面的水文地質(zhì)、環(huán)境水文地質(zhì)調(diào)查工作。取樣點(diǎn)布置綜合考慮區(qū)內(nèi)地下水露頭條件、地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、居民集中飲用水源點(diǎn)分布情況、交通便利情況，并結(jié)合均勻分布原則，力求使所取樣品具有代表性，能準(zhǔn)確地反映區(qū)內(nèi)地下水的水文地球化學(xué)特征。在區(qū)內(nèi)選取了303個(gè)取樣點(diǎn)，分別采集300mL水樣并裝瓶封存，其中井水261組，泉水42組。取樣點(diǎn)位置見圖1。

2.2 水樣測試

氟濃度測試在室內(nèi)進(jìn)行，測試儀器為便攜式可見光譜分光光度計(jì)，波長范圍為340～900nm，帶寬為5nm，氟濃度測試精度為0.01mg/L，測試下限為0.02mg/L，以直接濃度單位提供數(shù)字式讀數(shù)。

采集的303個(gè)水樣中，有114個(gè)位于興國盆地，通過對該114個(gè)水樣測試結(jié)果進(jìn)行分析后得知：興國盆地地下水中氟濃度平均為0.14mg/L，其中112個(gè)水樣氟濃度介于0～0.42mg/L，為低氟水，占樣品總數(shù)的98.2%；其余2個(gè)樣品氟濃度大于1.00mg/L，為高氟水，占樣品總數(shù)的1.8%。表明該地區(qū)以低氟地下水為主，局部出現(xiàn)氟含量超標(biāo)情況。

圖1 取樣點(diǎn)位置

3 氟分布特征及成因分析

相關(guān)研究表明，南方地區(qū)氣候濕潤，降水充足，且地形起伏較大，地下水動(dòng)力條件較好，因此水中氟含量普遍較低[3-4]。如環(huán)鄱陽湖地區(qū)地下水中氟濃度變化范圍為0.001～0.418mg/L，平均值為0.089mg/L[5]；徐州豐、沛、銅地區(qū)地下水中氟濃度一般介于0.200～0.600mg/L之間[6]。

3.1 氟分布特征

根據(jù)野外調(diào)查數(shù)據(jù)和氟濃度測試結(jié)果，利用origin軟件繪制得到興國盆地地下水氟濃度等值線圖，見圖2。

圖2 興國盆地地下水氟濃度等值線圖

從圖2可以看出，該區(qū)地下水中氟含量主要在0.02～0.30mg/L之間，為低氟水。這是因?yàn)榕d國盆地屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，雨量充沛，多年平均降雨量為1560mm，水系發(fā)育，河網(wǎng)密布。雖然研究區(qū)發(fā)育一定量的含氟礦物巖石，但濕潤的氣候背景及以低山丘陵為主的地形條件，導(dǎo)致地下水動(dòng)力條件活躍，水交替強(qiáng)烈，不利于氟在地下水中富集。這與陳格君等[5]、范少強(qiáng)等[6]的研究結(jié)論相一致。

氟濃度從歲水流域上游至下游呈逐漸升高趨勢，且從盆地邊緣到盆地中心呈逐漸升高趨勢。表明氟含量增高方向與地下水徑流方向大致相同[7]，地下水在流動(dòng)過程中攜帶的氟同樣隨著地下水徑流發(fā)生遷移富集。興國盆地西南部的隆坪、南部的瀲江、東部的楊村地區(qū)氟含量相對較高，局部地區(qū)氟含量超過1.00mg/L，分布面積分別在0.08km2、0.32km2左右，影響范圍較小，氟含量高的異常點(diǎn)與當(dāng)?shù)匚炇V開發(fā)及深部高氟水有關(guān)[8]。

3.2 氟成因分析

為深入研究水動(dòng)力因素對地下水中氟富集的影響情況，從303個(gè)水樣中選取78個(gè)水樣，按地面高程、地形等條件將其分為3組：?海拔低于250m的為地形平緩區(qū)，多位于興國盆地及山間谷地；?海拔介于250～400m的為地形較陡區(qū)，屬丘陵地貌；?海拔高于400m的為地形陡峭區(qū)，主要位于西部中低山區(qū)。

從圖3可以看出:松散巖類孔隙水和碎屑巖類孔隙裂隙水主要分布在地形平緩區(qū)；花崗巖類裂隙水和變質(zhì)巖類裂隙水則在3類地形區(qū)均有分布。其中地形平緩區(qū)水中氟含量為0.19～0.51mg/L；地形較陡區(qū)水中氟含量普遍低于平緩區(qū)，為0.05～0.29mg/L；地形陡峭區(qū)則更低，為0.01～0.15mg/L?？梢?，地形在由平緩過渡到陡峭的過程中，地下水動(dòng)力條件變好，水巖相互作用時(shí)間變短，溶解到水中的氟也逐漸變少。因此，水動(dòng)力條件越好，地下水中的氟含量越低。

圖3 氟含量與地面海拔關(guān)系

綜合興國盆地地形地貌、地質(zhì)及水文地質(zhì)特征和氟濃度的分布特征，得到該地區(qū)隆坪—楊村一帶地下水中氟富集模式，見圖4。

圖4 隆坪—楊村一帶地下水中氟富集模式

從圖4可以看出：永豐巖體位于興國盆地西南部隆坪地區(qū)，其地形地貌為低山，其地下水中的氟主要來源于花崗巖中氟礦物溶解，大氣降水在入滲過程中將氟帶入地下水。隆坪螢石礦豐富的氟源是氟富集的優(yōu)勢條件，其地下水中氟含量較高，平均為0.26mg/L。地下水在重力作用下向東流入興國盆地，少量氟在盆緣地區(qū)和泉水一起排泄到地表水中，一部分隨地下水繼續(xù)流入盆地。

楊村巖體位于興國盆地東北部楊村地區(qū)，其地形地貌以丘陵為主，花崗巖中氟礦物，如黑云母、磷灰石等是其主要氟源，水中氟含量平均為0.17mg/L。巖石中氟通過溶濾作用進(jìn)入地下水，部分在山前以泉的形式排出，少量流入興國盆地。

興國盆地表層土壤巖性顆粒較細(xì)，多為亞黏土、亞砂土，易吸附氟離子，其地下水中的氟除氟礦物溶解外，部分來源于側(cè)向徑流輸送，水中氟含量平均為0.19mg/L。下部白堊系含水層中的氟源自礦物溶解及徑流的補(bǔ)給，但總體較低，平均為0.16mg/L。

綜上所述，該地區(qū)地下水中的氟主要來源于含氟礦物的溶解，受地層巖性、地形、水動(dòng)力條件等因素影響，不同地貌區(qū)地下水中氟含量有所差異[9]。

4 結(jié) 語

興國盆地地下水中的氟主要來源于巖石中含氟礦物的溶解，盆地東北部及西南部發(fā)育的花崗巖體是其富集的優(yōu)勢條件，但較好的水動(dòng)力條件使氟在地下水中的含量依然很低，地下水中的氟濃度受水動(dòng)力條件影響較大，局部氟濃度異常與當(dāng)?shù)匚炇V開發(fā)及深部高氟水有關(guān)。該研究確定了興國盆地淺層地下水中氟的分布特征及成因，為當(dāng)?shù)刂贫ò踩侠淼牡叵滤_發(fā)措施提供了借鑒，對飲水安全及水環(huán)境保護(hù)具有重要意義。