辽宁省典型地区高氟地下水的分布特征及成因分析

2014-12-14乔晓霞刘玉洁

地下水 2014年4期

乔晓霞，孙熠，刘玉洁

(四川交通职业技术学院，四川成都 611130)

地方性氟病(饮水性氟中毒)是辽宁省域内六种主要地方病(鼠疫、布氏病、克山病、肺吸虫病、地氟病及碘缺乏病)之一。微量氟是人体所必需的元素之一，如果长期摄入过量氟，引起氟中毒，干扰了钙磷代谢，如出现氟斑牙，牙齿变脆易碎及脱落;骨骼症状如关节疼痛，活动受限，骨骼变形甚至瘫痪[1]。

在收集自然地理资料及地方政府对氟病调查统计、防氟改水资料的基础上，通过对氟病区及其周边地域的地质环境调查;水文地球化学调查，水质分析、氟离子专项分析、土体可溶盐含量分析;地球物理勘探;水文地质钻探;抽水试验等，对辽宁省典型地区高氟地下水的分布和成因进行初步分析。

1 水文地质条件[2]

地下水系统按其赋存条件或赋水介质的不同，可划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙孔隙水、碳酸盐岩类岩溶裂隙水、块状岩类基岩裂隙水及构造裂隙水[3]。

全区气候具干旱、半干旱少雨多风的特点，蒸发量是降水量的4倍。而且降水集中，七、八、九，三个月的降水量占全年降水量的三分之二。由于降水集中，而且该区多为丘陵山地地形，坡度较大，植被复盖率较低。故降水的70% ～80%由蒸发和地表迳流排泄，而渗入地下的则较少。就全区而言，丘陵区为地下水的补给区，山前、河谷平原为迳流区，迳流途径除平原区和构造盆地比较长而外，一般因地形切割破碎途径较短。地下水排泄方式为泉水溢流，河流排泄和人工开采。据近年来的调查资料显示，大部泉点流量明显减小或枯竭，因此，区域内的地下水以河流和人工开采排泄为主。

2 研究区水化学特征与高氟水分布规律[4]

2.1 水化学特征

辽宁西北部地区由于长期处于缓慢上升阶段，侵蚀、剥蚀作用较强，地形破碎，沟谷发育，地下水迳流条件较好，以溶滤作用为主，矿化度较低，水化学类型主要为重碳酸钙型，局部地段为重碳酸钙镁型、氯化物重碳酸钙型。彰武至辽北康法地区，含水层岩性及迳流条件稳定性较差，故地下水化学类型变化较大。

2.1.1 阜新 -建平地域地下水化学特征

该区域地形地貌条件类似，以丘陵山地为主，地下水迳流条件较好，以溶滤作用为主，故地下水化学类型较单一，主要为重碳酸钙型，在山间沟谷内多为重碳酸钙钠型。局部地段为重碳酸钙镁型。阜新市区附近煤矿开采及煤矸石堆放地段，因受降水淋滤入渗影响，使地下水受到污染，为氯化物重碳酸钙型、重碳酸硫化物钙型，该区域内地下水矿化度多小于0.5 g/L，但在阜新市区附近，采矿污染区，地下水矿化度多为 0.5 ～1.0 g/L，煤矿区附近大于 1.0 g/L。

该区内老哈河流域的山前地带及朝阳、阜新局部地段地下水氟离子含量大于1.0 g/L。

2.1.2 彰武 -康法地域地下水化学特征

该区地形地貌为宽阔的河谷平原和低丘陵区，不同地段地下水含水层岩性变化较大，地下水迳流条件稳定性较差，故地下水化学类型多变。彰武柳河河谷平原及康法地区为重碳酸钠钙型，秀水河河谷平原为重碳酸氯化物钙型，黑山以南沙河、羊肠河流域浅层含水层为中细砂层，夹粘性土薄层，地下水迳流条件较差，化学类型为重碳酸氯化物钙钠型。地下水矿化度为 0.3 ～1.0 g/L。

2.2 高氟地下水区域分布规律概述

区内高氟地下水的分布规律与含水层或含水岩系及地下水埋藏深度关系密切。

辽宁中部平原和东西两侧地区，山前地带及西北部的新开河右岸，浅部(20 m以上)地下水氟离子含量普遍超标，彰武县部分由两侧丘陵区至平原区氟离子存在由高到低的变化规律，丘陵区为3～8 mg/L，平原区为1～3 mg/L。

辽西(朝阳、阜新、)地区，地形、地貌以丘陵山区为主。区内侵入岩、火山岩分布面积较大，该岩系风化裂隙水及其山前地带坡洪积层孔隙水，氟离子含量多大于1 mg/L，最大6 mg/L。该区除老哈河外，其它各高氟地段的河谷区冲洪积层除底部粗粒(砂砾卵石)层外，其上部细粒(粉砂、细砂)含水层中之地下水氟离子含量也多大于1 mg/L。

辽东地域其地形、地貌以山前倾斜平原、河谷平原为主，地下水含水岩组为第四系全新统、上更新统、中更新统粉细砂、中粗砂、砂砾石。该域内沙河、柳河、秀水河、辽河流域浅层即全新统含水层(20～25 m以上)，及康平以北西辽河浅层即上更新统，含水层岩性以砂为主，地下水中氟离子含量大于 1 mg/L，最大为 5 mg/L。

由此可见，全域内高氟地下水主要分布于侵入岩、火山岩风化带及其山前坡洪积层中，呈水平分布规律，在平原区主要分布于20～25 m以上的浅层含水层中，氟离子在地下水中的含量垂向变化明显。

3 高氟地下水的成因[5]

3.1 高氟地下水形成的物质基础

地下水化学成分的形成受周围岩石和矿物成分的影响，不同岩石类型含量不同，而围岩含氟量的高低直接影响地下水的含氟量变化。辽宁省西北部低山丘陵地区，大面积出露安山岩、凝灰岩等酸性熔岩，还有各期花岗岩，特别是花岗岩的断裂与裂隙中充填有莹石矿脉，这些岩石氟含量较高，组成的剥蚀低山丘陵大部分裸露地表，风化强烈，裂隙发育。在不断遭受物理及化学风化作用的同时，受大气降水入渗淋虑和溶解，岩石中的氟离子被溶解进入地下水中，并在粘性土的吸附作用下聚集储存。在降水入渗补给过程中，粘性土层受到淋滤使氟离子溶解进入地下水中，由于迳流不畅而富集形成高氟地下水，由两侧丘陵区至中部平原，即从高氟区到低氟区，粘性土由厚变薄，砂性土由薄增厚，其氟离子含量也由高变低。

3.2 水文地质环境对氟离子变化的制约

地下水在形成运动中，必然将氟离子带到一定的水文地质环境中，高氟水分布区正是这种特殊的环境。

黑山山前倾斜平原区，区内浅层地下水含氟量由西北向东南表现出低高低的明显规律，这种规律的分布，主要受第四纪水文地质环境控制的结果。明罗屯至无梁殿为扇地中后缘，含水层厚10 m左右，以砂砾石为主，亚粘土、亚砂土层仅2～4 m，为地下水迳流溶滤带，地下水以水平运动为主，不利于岩类滞留，所以地下水含氟量适宜。向东南进入扇地前缘和河间地块重迭区的靠山、二道、翟家、大马驾子一带，含水层变薄，粒细混土。而亚粘土、亚砂土层增厚达25 m左右，致使水文地质条件发生变化，地下水迳流由畅通为滞缓，为氟离子聚集创造了良好的条件。再由于本区降雨与蒸发量相差悬殊，蒸发量大于降雨量3～5倍，有利于蒸发浓缩作用进行，盐分积累于浅层水中，氟量也相应增高，形成高氟区。本区东南部，为绕阳河冲积平原，表层为亚粘土和亚砂土，厚度变薄，而砂、细砂或粉细砂含水层厚度增大，特别是绕阳河、康屯两乡的广大地区，含水层厚度40～80 m，水文交替增强，地下水与河水关系密切，旱季河水排泄地下水，雨季河水补给地下水，导致这一带地下水氟量适宜或偏低。

柳河中上游地区两侧丘陵地带，地形起伏较大，含水层分布不稳定，迳流不畅，基岩中溶滤出的氟随降水补给地下水，富集成为高氟地下水。北部平原区水利坡度大但粘性土层厚，含水层颗粒细，迳流条件较差，以蒸发浓缩作用为主。中部平原区，地形及地下水水力坡度均变缓，颗粒细，均有利于氟离子的富集，上述地区多形成高氟地下水。南部平原区，虽然水力坡度小，但含水层颗粒粗，粘性土层薄，导致水性良好。加之农业开采，加快了水循环速度，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积裙裾的前缘，该区地下水，除降雨溶解土中氟外，尚有来源于酸性岩浆岩、变质岩组成的富氟山区，随着地下水形成运移过程，将其带入此处。于此又受到阶地上部细粒层所阻，水位变浅，加之蒸发浓缩，水中化学组分易于富集，形成高氟水区。阶地上部细粒层。由前所述，该层地下水与其它含水层联系较弱，以垂直运动为主。大气降水易将土中氟溶解于水，又弱微的接受了侧向高氟水所补，在不畅的迳流条件下，氟随盐分一起聚集，年复一年，水中氟浓度自然加大。还有黄土丘陵的低地、洼地及残山谷地、丘间低地。多呈封闭、半封闭型，地下水多于该处垂直交替进行，在有氟源的情况下，富氟即可知之。残山谷地，从岩性特征看，谓古水文网分布区，谷之顶端泉水中含氟量很高，可见谷中地下水汇集后，必然构成高氟水了。

综上所述，高氟水形成于一定的水文地球化学环境中，其与所处母岩、地貌、水文地质环境有密切关系。